DE60029298T3

DE60029298T3 - Bremsscheibe für eine Scheibenbremse

Info

Publication number: DE60029298T3
Application number: DE60029298T
Authority: DE
Inventors: Ralf Siegfried Goller; Giovanni Paolo Pacchiana
Original assignee: Freni Brembo SpA
Current assignee: Brembo SpA
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2010-09-23
Anticipated expiration: 2020-02-10
Also published as: EP1683985B1; DE60038752T2; DE60029298T2; EP1124071A1; EP1124071B1; JP4870309B2; EP1942288A1; DE60038752D1; DE60044989D1; EP1683985A1; ATE393887T1; US6802403B2; JP2003522913A; WO2001059318A1; ATE333054T1; DE60029298D1; US20030146059A1; EP1942288B1; AU4055401A; EP1124071B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Scheibenbremsenscheibe.
US-A-5 230 946 offenbart ein beschichtetes Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterial, das einen Kern aus Fasern in einer Kohlenstoffgrundmasse und eine Antioxidations-Mantelschicht aus Siliciumcarbid umfasst.
Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Scheibenbremsenscheibe, die ein Bremsband für die Kooperation mit Bremszangen umfasst, um eine Bremswirkung auf ein Fahrzeug auszuüben. Das Bremsband umfasst einen Körper, der sich um eine Symmetrieachse erstreckt und seitlich durch Bremsflächen definiert ist. Der Körper kann hergestellt werden, indem ein Gemisch, das Bündeln von im Wesentlichen aus Kohlenstoff gebildeten Fasern enthält, veranlasst wird, mit Silicium bei einer Temperatur zu Wechselwirken, die hoch genug ist, um ein Schmelzen des Siliciums herbeizuführen.
Der Ausdruck ”Fasern, die im Wesentlichen aus Kohlenstoff gebildet sind” soll fasrige Materialien umfassen, die mittels Pyrolyse verschiedener Produkte synthetischen Ursprungs, wie z. B. Polyacrylnitril (PAN) oder Polysilazan, oder natürlichen Ursprungs, wie z. B. Peche oder Zellulose-basierte natürliche Quellen, wie z. B. Pflanzenfasern und Holz, einschließen.
Der Ausdruck ”Bündel von Fasern” soll Gruppen von Fasern variabel von 3.000 bis 50.000 Einheiten und mit Durchmessern zwischen 2 und 3 μm, die miteinander verknüpft sind und mit einem Kunstharz wie z. B. Polyurethan- Harz imprägniert sind, einschließen. Die Bündel werden anschließend aufgebrochen, so dass sie Längen von weniger als 30 mm aufweisen, und werden schließlich im Gemisch wahllos angeordnet.
Diese wahllos angeordneten Faserbündel sind gewöhnlich auf der Grundlage der Anzahl von Einheiten, die das Bündel bilden, definiert, wie z. B. 3 K, 10 K, 50 K und dergleichen.
Es ist bekannt, keramische Verbundmaterialien in verschiedenen Anwendungen zu nutzen, die eine gute Schlagfestigkeit, Kompressionsfestigkeit und Beständigkeit gegen durch Reibung erzeugte Wärme erfordern, wobei diese Eigenschaften durch rein keramische Materialien aufgrund ihrer inhärenten Zerbrechlichkeit nicht sichergestellt werden können.
Genauer werden keramische Verbundmaterialien für Bremsanwendungen mittels der Wechselwirkung von Silicium mit einem Gemisch, das Bündeln von Karbonfasern und Zusatzstoffe enthält, bei einer Temperatur hergestellt, bei sich der das Silicium im geschmolzenen Zustand befindet.
Faserbündel, wie oben definiert, wurden während der Herstellung der obenerwähnten Materialien verwendet, da ein Verbundmaterial mit annehmbaren Kohäsionseigenschaften im Allgemeinen mit relativ geringen Produktionskosten erzeugt wird.
Gemäß dem Stand der Technik können diese Verbundmaterialien auf folgende Weise hergestellt werden: Die Faserbündel werden mit einem Aggregatharz, Pechen und anderen Zusatzstoffen gemischt, wobei das Gemisch in einer Form platziert wird, in der es mittels Erwärmung und Ausübung von Druck geformt wird, um ein geformtes halbfertiges Produkt zu erzeugen.
Das halbfertige Produkt wird anschließend einem ersten Brennen in einem Ofen bei einer solchen Temperatur unterworfen, die eine Karburierung oder Pyrolyse des Kunstharzes herbeiführt.
Als Ergebnis dieses Brennens nimmt das halbfertige Produkt aufgrund des Verlustes von flüchtigem Material bei den Karburierungs- oder Pyrolysetemperaturen einen Grad an Porosität an.
Das gebrannte halbfertige Produkt wird anschließend einem zweiten Brennen bei Anwesenheit von Silicium bei einer solchen Temperatur unterworfen, die ein Schmelzen des Siliciums und ein Infiltrieren desselben in die Poren des halbfertigen Produkts herbeiführt.
Die Infiltration des Siliciums erhöht die Kohäsion der Bündel von Kohlenstofffasern, wobei gleichzeitig das geschmolzene Silicium teilweise mit dem Kohlenstoff des halbfertigen Produkts unter den Bedingungen des zweiten Brennens reagiert, wodurch Siliciumkarbide gebildet werden, die eine Verbesserung der Kohäsionseigenschaften des Materials bewirken.
Das mit dem obenbeschriebenen Verfahren hergestellte Verbundmaterial wird häufig bei der Herstellung von Bremsen- und Kupplungselementen für Fahrzeuge verwendet, insbesondere für Scheibenbremsen, aufgrund seiner guten Eigenschaften der Kompressionsfestigkeit und Beständigkeit gegen durch Reibung erzeugte Wärme und gegen Abnutzung.
Trotz der obenerwähnten guten Eigenschaften weisen die aus diesem Verbundmaterial gefertigten Scheibenbremsenscheiben den schwerwiegenden Nachteil auf, dass irgendwelche Risse oder Brüche, die sich in diesen infolge thermischer und/oder kompressionsbedingter Beanspruchungen bilden können, dazu tendieren, sich schnell durch die Struktur dieses Materials auszubreiten, was dessen vollständigen Aufschluss herbeiführt.
Die Verwendung der bekannten Scheiben für Fahrzeug-Scheibenbremsen führt daher klar zu erheblichen Gefahren für die Sicherheit der Benutzer.
Das Problem, auf dem die vorliegende Erfindung beruht, ist das des Vorschlagens einer Scheibenbremsenscheibe, die strukturelle und funktionale Eigenschaften aufweist, so dass die mit Bezug auf den Stand der Technik erwähnten Nachteile beseitigt werden.
Dieses Problem wird gelöst durch eine Scheibenbremsenscheibe gemäß Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der überraschenden Entdeckung, dass das Einbringen von Verstärkungsfasern in ein Gemisch, das Bündel von wahllos angeordneten Fasern innerhalb des Körpers der Scheibenbremsenscheibe umfasst, eine Scheibe eines Verbundmaterials mit einem geformten Körper erzeugt, das gute Kohäsionseigenschaften aufweist, wobei gleichzeitig die Ausbreitung von Rissen durch die gesamte Form bei Gebrauch der Scheibe verhindern kann.
Die Verstärkungsfasern erstrecken sich in der Scheibenstruktur des Verbundmaterials gemäß der Erfindung vorzugsweise um deren gesamte Form.
Alternativ können die Verstärkungsfasern nur in bestimmten Bereichen der Scheibe vorgesehen sein, z. B. in den Bereichen, in denen Risse entstehen, sowie in Bereichen, die durch Rissausbreitungsbahnen beeinflusst werden, wobei diese Bereiche auf der Grundlage von Strukturberechnungen leicht identifizierbar sind.
Zum Beispiel wird im Fall einer axialsymmetrischen Struktur, wie z. B. einer Scheibenbremsenscheibe, aus Strukturberechnungen deutlich, dass die Rissausbreitungsbahnen mit größter Wahrscheinlichkeit radial relativ zum Körper angeordnet sind und sich vom Inneren der Scheibe in Richtung zum Äußeren ausbreiten, bis zu einem Ausmaß, das ein Explodieren der Scheibe bewirkt.
In einer Scheibenbremsenscheibe wird die Ausbreitung von Rissen daher verhindert, indem die Verstärkungsfasern z. B. um ringförmige Abschnitte der Scheibe mit zunehmender Abmessung angeordnet werden.
Es ist wichtig, dass die Verstärkungsfasern zufriedenstellende Kohäsionseigenschaften zu anderen Komponenten des Verbundmaterials aufweisen, das die Scheibe bildet, um zu verhindern, dass die gesamte Struktur im Gebrauch aufgeschlossen wird, auch bei Abwesenheit von Rissen oder Brüchen.
Außerdem sollten die Verstärkungsfasern bezüglich der Komponenten des Verbundmaterials im Wesentlichen inert sein, und sollten eine angemessene Fähigkeit aufweisen, den Temperaturen der Pyrolyse und der Infiltration des Siliciums zu widerstehen, um ihre Zersetzung während der Herstellung des die Scheibe bildenden Materials zu vermeiden.
Zu diesem Zweck wird das Material der Verstärkungsfasern aus Kohlenstofffasern gebildet.
Die Verstärkungsfasern können auf verschiedene Weise im Material eingebracht sein. Zum Beispiel können die Verstärkungsfasern in mehreren Bündeln angeordnet sein, die in vordefinierten Richtungen angeordnet sind.
Diese Richtungen können z. B. Kett- und Schuss-Richtungen sein, wobei die Bündel ein Gewebe bilden.
Die Verstärkungsfasern können auch ein oder mehrere Schichten innerhalb des Körpers der Scheibe bilden.
Die Mengen der Komponenten, die im Verbundmaterial enthalten sind, das die Form einer Scheibe aufweist, können als Volumenprozentsätze bezüglich des Volumens des Materials wie folgt variieren:

– Bündel von Fasern 40–70%, vorzugsweise 50–60%,
– Bindemittel 5–30%, vorzugsweise 15–25%,
– Zusatzstoffe 0,5–20%, vorzugsweise 1–15%,
– Verstärkungsfasern 4–30%, vorzugsweise 10–20%.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Scheibenbremsenscheibe gemäß der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen, die mittels eines nicht einschränkenden Beispiels gegeben wird, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen deutlich, in welchen:
1 mittels eines Blockdiagramms die Hauptschritte zeigt, die für die Herstellung einer Scheibenbremsenscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich sind;
2 eine perspektivische Ansicht einer Scheibenbremsenscheibe gemäß der Erfindung ist;
3 eine perspektivische Ansicht eines Bremsbandes einer Scheibenbremsenscheibe gemäß der Erfindung ist;
4 eine teilweise aufgeschnittene, perspektivische Ansicht einer Einzelheit eines Bremsbandes einer Scheibenbremsenscheibe ist;
5 eine mit dem Pfeil V gezeigte Einzelheit des Bremsbandes der 4 in einem vergrößerten Maßstab darstellt; und
6 eine teilweise aufgeschnittene, perspektivische Ansicht von Einzelheiten einer Komponente eines Bremsbandes ist.
Wie aus 1 deutlich wird, kann das keramische Verbundmaterial, aus dem der Körper der Scheibenbremsenscheibe gefertigt wird, mittels des folgenden Verfahrens hergestellt werden, das lediglich beispielhaft angegeben wird:

a) Mischen einer vorgegebenen Menge von Faserbündeln, die im Wesentlichen von Kohlenstoff gebildet werden und Längen von nicht mehr als 30 mm aufweisen, mit einer vorgegebenen Menge eines organischen Bindemittels, um ein Gemisch zu erhalten,
b) Platzieren des Gemisches in einer Form mit geeigneter Gestalt und gleichzeitiges Einbringen einer Mehrzahl von Verstärkungsfasern in das Gemisch, die sich um die Form erstrecken, derart, dass sie die Ausbreitung von Rissen verhindern,
c) Formen des Gemisches, das die Verstärkungsfasern enthält, um ein halbfertiges Produkt herzustellen,
d) Unterwerfen des halbfertigen Produkts einem ersten Brennen bei einer Temperatur, bei der im Wesentlichen eine Karburierung oder Pyrolyse des organischen Bindemittels herbeigeführt wird,
e) Unterwerfen des gebrannten halbfertigen Produkts einem zweiten Brennen unter Anwesenheit von Silicium bei einer Temperatur, bei der im Wesentlichen ein Schmelzen des Siliciums und ein Infiltrieren desselben in das Halbleiterprodukt herbeigeführt wird, um das geformte Verbundmaterial herzustellen.

Im obenbeschriebenen Verfahren können die Faserbündel Durchmesser von 0,1 bis 2 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,5 mm, aufweisen.
Die Menge der im Gemisch enthaltenen Faserbündel kann von 5 Vol.-% bis 80 Vol.-% bezüglich des Volumens des Gemisches variieren, und liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 60% bis 70%.
Die Faserbündel und/oder die Verstärkungsfasern können im Voraus mit einem schützenden Kunstharz beschichtet werden, vorzugsweise Polyurethan-Harz, bevor sie entsprechend dem obenbeschriebenen Verfahren verwendet werden.
Alternativ können die Faserbündel und die Verstärkungsfasern im Voraus mit dem gleichen organischen Bindemittel beschichtet werden, das zum Herstellen des Gemisches verwendet wird.
Eine größere Kohäsion des Materials und ein kompakteres Produkt können somit erhalten werden.
Während des ersten Brennens des halbfertigen Produkts karburieren das Harz und das organische Bindemittel, wobei eine Schutzschicht auf den Faserbündeln und auf den Verstärkungsfasern erzeugt wird, die diese vor einem Aufschluss oder sogar Auflösung während der nachfolgenden Behandlung mit Silicium bewahren.
Die Faserbündel und die Verstärkungsfasern können somit über den Prozess hinweg ihre ursprüngliche Form behalten, so dass ein Material mit guten der Kohäsions- und Festigkeitseigenschaften erzeugt wird.
Das organische Bindemittel ist ein herkömmliches Bindemittel, das ausgewählt werden kann aus der Gruppe, die Phenol- und Acrylharze, Paraffin, Peche, Polystyrole und dergleichen umfasst.
Das Bindemittel wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, die Peche und Phenolharze umfasst.
Das Bindemittel wird dem Gemisch in festem Zustand zugegeben.
Das Phenolharz kann z. B. in Form von Pellets, Pulver oder Granulaten zugegeben werden.
Die Menge des organischen Bindemittels im Gemisch kann von 5 Vol.-% bis 30 Vol.-% bezüglich des Volumens des Gemisches variieren, und liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 20 bis 26%.
Das Gemisch kann ferner andere herkömmliche Zusatzstoffe enthalten, die als Füllstoffe und, indirekt, zum Regulieren der Porosität und der Dichte des gewünschten Verbundmaterials verwendet werden.
Diese Zusatzstoffe werden aus Partikeln anorganischer Materialien gebildet, wie z. B. vorzugsweise Graphit, Siliciumcarbid oder Metallcarbiden oder -nitriden in Pulverform.
Die Menge der Zusatzstoffe kann von 0,7 Vol.-% bis 23 Vol.-% bezüglich des Volumens des Gemisches variieren, und liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 9% bis 15%.
Das Mischen kann in herkömmlicher Weise und mit einer herkömmlichen Vorrichtung durchgeführt werden, wobei die Faserbündel in verschiedenen Richtungen wahllos angeordnet werden.
Die Verstärkungsfasern können auf verschiedene Weise in das Gemisch eingebracht werden.
Gemäß einer bevorzugten Art der Implementierung des Fahrens wird das Einbringen mit den Schritten durchgeführt:

i) Anordnen einer ersten Schicht des Gemisches um die Gestalt der Form,
ii) Zufügen einer Mehrzahl von Verstärkungsfasern auf die erste Lage des Gemisches, die sich um die Gestalt in einer Weise erstrecken, so dass sie die Ausbreitung von Rissen verhindern,
iii) Anordnen einer zweiten Schicht des Gemisches auf der ersten Schicht, um somit die Mehrzahl von Verstärkungsfasern vollständig abzudecken.

Die Verstärkungsfasern können zum Gemisch in Form einer Mehrzahl von Bündeln zugegeben werden, die in vordefinierten Richtungen angeordnet sind.
Diese vordefinierten Richtungen können Kett- und Schussrichtungen sein, so dass die Bündel ein Gewebe bilden. Alternativ sind mehrere Bündel von Verstärkungsfasern kombiniert oder miteinander verdrillt, um einen einzelnen Kett- oder Schussfaden für die Ausbildung des Gewebes zu bilden.
Das Gewebe kann 2 bis 30 Verstärkungsfasern pro cm enthalten, vorzugsweise 5–8 Fasern/cm.
Die Menge an Verstärkungsfasern, die in das Gemisch eingebracht wird, hängt von dem erforderlichen Verstärkungsfasergehalt des endgültigen Verbundmaterials ab, wobei dieser Gehalt innerhalb des Bereiches von 4–30 Vol.-% bezüglich des Volumens des Materials liegt, vorzugsweise bei 10–20%.
Die obenbeschriebenen Schichtungsschritte können selbstverständlich mit einer vorgegebenen Häufigkeit wiederholt werden, um somit ein mehrschichtiges Verbundmaterial herzustellen, in welchem jede Schicht von Verstärkungsfasern zwischen zwei Schichten des Gemisches, das Faserbündel umfasst, eingebettet ist.
Während des Formungsschritts des Verfahrens der Erfindung wird das Gemisch, das die Verstärkungsfasern enthält, in der Form auf eine Temperatur von 80°C bis 180°C, vorzugsweise auf 100–120°C, erwärmt, wobei darauf ein Druck zwischen 0,1 N/cm² und 5 N/cm², vorzugsweise 0,5–1 N/cm², ausgeübt wird.
Das geformte und verdichtete halbfertige Produkt, das so erhalten wird, wird aus der Form entnommen und anschließend einem ersten Brennen unterworfen, um somit das organische Bindemittel zu karburieren (Schritt d, Pyrolyse).
Dieses Brennen wird in einem herkömmlichen Ofen bei einer Temperatur durchgeführt, die im Wesentlichen vom Typ des verwendeten Bindemittels abhängt, und im Allgemeinen innerhalb des Bereiches von 900–1200°C liegt.
Das Brennen wird bei Anwesenheit eines Schutzgasstroms, wie z. B. Stickstoff oder Argon, und mit einem Überdruck von 10–100 mbar, vorzugsweise 20–30 mbar, durchgeführt.
Der Strom beseitigt ferner vorzugsweise die Gase, die durch die Pyrolyse des organischen Bindemittels freigesetzt werden.
Während dieses Schritts des Verfahrens erlangt das halbfertige Produkt eine größere Porosität, was beim Nachfolgenden Brennen wichtig ist, da es dem geschmolzenen Silicium erlaubt, hier zu infiltrieren.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner einen Schritt zum Bearbeiten des Rohmaterials oder Nachbearbeiten der Oberfläche des halbfertigen Produkts, das mittels des ersten Brennens des Schritts d) erzeugt worden ist, umfassen.
Dies ermöglicht, irgendwelche Oberflächenverformungen des halbfertigen Produkts mittels einer herkömmlichen Vorrichtung zu beseitigen, um ihm somit die gewünschte Form zu verleihen.
Der Nachbearbeitungsschritt wird vorzugsweise trocken durchgeführt, z. B. mittels Diamanten, da das halbfertige Produkt, das nach dem ersten Brennen einen Grad an Porosität angenommen hat, flüssige Substanzen nachteilig absorbieren kann, wenn die Nachbearbeitung nass durchgeführt wird.
Das halbfertige Produkt, das gemäß dem Schritt d) gebrannt worden ist, wird einem zweiten Brennen bei Anwesenheit von Silicium unterworfen (Schritt e).
Um das zweite Brennen durchzuführen, wird das halbfertige Produkt, das gebrannt und der möglichen Nachbearbeitung unterworfen worden ist, in die Kammer eines Behälters eingesetzt, der ein Volumen etwa gleich dem Doppelten des halbfertigen Produkts aufweist, wobei der zwischen dem halbfertigen Produkt und dem Behälter gebildete Raum mit Silicium gefüllt wird, das das halbfertige Produkt umgibt. Die Menge des verwendeten Siliciums entspricht derjenigen, die benötigt wird, um die Poren des halbfertigen Produkts zu füllen, oder etwas mehr.
Reines Silicium oder eine Legierung aus Silicium und Aluminium oder Kupfer in Granulat- oder Pulverform wird verwendet, um den Raum aufzufüllen.
Die Kammer kann mit dem Äußeren über geeignete Löcher in Verbindung stehen, um die während des Brennens freigesetzten Gase abzuleiten.
Nachdem das Silicium eingefüllt worden ist, wird der Behälter in einen geeigneten herkömmlichen Ofen eingesetzt, der auf eine Temperatur von 1400–1700°C aufgeheizt wird.
Bei diesen Temperaturen schmilzt das Silicium und infiltriert die Poren des halbfertigen Produkts (Silikatisierung).
Das Brennen wird unter Teilvakuum bei einem reduzierten Druck von 900 mbar bis 300 mbar, vorzugsweise von 800 bis 500 mbar, durchgeführt.
Bei Abschluss des Brennens wird das Verbundmaterial gekühlt, z. B. mit Argon oder vorzugsweise mit Stickstoff, so dass sich das restliche Silicium in kleinen Kugeln verfestigt, die leicht aus dem Behälter geborgen werden können.
Die Scheibe aus dem Verbundmaterial gemäß der Erfindung, die somit hergestellt wird, kann möglicherweise Oberflächennachbearbeitungsoperationen unterworfen werden, die trocken oder nass in herkömmlicher Weise durchgeführt werden können.
Es ist klar, dass die Schritte, die das Brennen in einem Ofen umfassen, d. h. die Pyrolyse- und Silikatisierungsschritte, in einem einzigen Ofen stattfinden können, was die Fertigungszeiten und die Komplexität der Vorrichtung reduziert.
Das obenbeschriebene Material kann direkt als eine Scheibenbremsenscheibe 1 geformt werden, die eine Glocke 2 für ihre Verbindung mit der Unterstützungsstruktur und ein Bremsband 3 umfasst (2).
Alternativ wird das Verbundmaterial als Bremsring oder Band 3 für eine Scheibe geformt, um an einer separaten Trägerglocke, die aus dem gleichen Material oder aus einem anderen Material, wie z. B. Aluminium oder Stahl, gefertigt ist, mittels mehrerer Sitze oder Löcher 2a, die gleichmäßig um einen inneren ringförmigen Abschnitt 4a derselben verteilt sind, angesetzt zu werden (3). Gemäß einer anderen Ausführungsform kann dieser innere ringförmige Abschnitt 4a auch mehrere Erweiterungen oder Vorsprünge 4b mit Löchern 2a für die Verbindung mit der Glocke aufweisen (4).
Das Bremsband 3 weist einen ringförmigen Körper 4 auf, der sich um eine Achse der Symmetrie und der Rotation X-X erstreckt. Der Körper 4 ist seitlich durch Bremsflächen 5 und 6 für die Kooperation mit Bremszangen definiert, um eine Bremswirkung auf ein Fahrzeug auszuüben. Die Bremsflächen 5, 6 sind zueinander parallel, wobei eine Dicke des Körpers 4, in 4 mit S angegeben, zwischen diesen definiert ist.
Wie oben beschrieben ist, umfasst der Körper 4 Bündel von Kohlenstofffasern 7 mit Längen von weniger als 30 mm, z. B. 5 mm, die wahllos im Bindemittel 8 angeordnet sind, das von dem Aggregatharz mit Zusätzen gebildet wird, gebrannt unter Wechselwirkung mit Silicium (4 und 5).
Die obenbeschriebenen Verstärkungsfasern 9 werden in den Körper 4 eingebracht. Die Verstärkungsfasern 9 sind Bündel von Kohlenstofffasern. Gemäß einer Ausführungsform sind die Verstärkungsfasern mehrere Bündel von Verstärkungsfasern, die in einer gekreuzten oder ausgerichteten Anordnung in einer einzelnen Ebene 10 angeordnet sind. Genauer sind die mehreren Bündel von Verstärkungsfasern 9 relativ zueinander so angeordnet, dass sie eine Verstärkungsstruktur bilden, allgemein mit 11 bezeichnet (6).
Die Scheibe des Verbundmaterials gemäß der Erfindung zeichnet sich durch ihre optimalen Reibungseigenschaften, ihre Härte, ihre Biegefestigkeit, ihre Beständigkeit gegen Verschleiß und gegen durch Reibung erzeugte Wärme, ihre Stoßfestigkeit und ihre Kompressionsfestigkeit aus, die sie für die Verwendung in Bremsanwendungen besonders geeignet macht.
Der Hauptvorteil der Scheibe des Verbundmaterials gemäß der Erfindung liegt jedoch in der Tatsache, dass sie im Gebrauch sehr sicher ist, da irgendwelche Risse oder Brüche, die in der Scheibe während des Gebrauchs entstehen, nicht zum vollständigen Aufschluss der Struktur führen, da ihre Ausbreitung durch die Verstärkungsfasern, die im Material eingebettet sind, verhindert wird.
Ein weiterer Vorteil der Scheibe des Verbundmaterials gemäß der Erfindung ist, dass sie auch leicht und wirtschaftlich hergestellt werden kann, ohne dass wesentliche zusätzliche Kosten oder eine besondere Werkzeugbereitstellung erforderlich sind.
Tatsächlich ist zu beachten, dass die Scheibe des Verbundmaterials gemäß der Erfindung mittels herkömmlicher Techniken hergestellt werden kann, die auf die Herstellung des entsprechenden bekannten Verbundmaterials angewendet werden.
Gemäß der Erfindung ist die Verstärkungsstruktur 11 dreidimensional (6). Es sind Schichten 13 vorgesehen, die relativ zu den Bremsflächen 5 und 6 transversal angeordnet sind, oder, mit anderen Worten, Schichten, die von Bündeln von Verstärkungsfasern 9 gebildet werden, die wechselweise gekreuzt, verschachtelt oder verwoben sind, um konzentrische Ringe zu bilden. Wenn diese Schichten 13 in den Körper der Scheibe eingebracht werden, unterteilen sie die möglichen Rissausbreitungslinien in Abschnitte oder Sektionen, um somit zu verhindern, dass sich die Risse weiter als über die Strecke zwischen zwei aufeinander folgender Schichten 13 ausbreiten.
Um eventuelle und spezifische Anforderungen zu erfüllen, kann ein Fachmann an den obenbeschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Scheibenbremsenscheibe viele Modifikationen, Anpassungen und Ersetzungen von Elementen durch andere funktional äquivalente Elemente vornehmen, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Scheibenbremsenscheibe (1), umfassend: ein Bremsband (3) für die Kooperation mit Bremszangen, um eine Bremswirkung auf ein Fahrzeug auszuüben, wobei das Bremsband (3) einen geformten Körper (4) umfasst, der sich um eine Symmetrieachse (X-X) erstreckt und seitlich durch Bremsflächen (5, 6) definiert ist, wobei der Körper (4) aus einem Verbundmaterial gefertigt ist, das hergestellt wird durch: – Bereitstellen eines Gemisches, das Bündel von Fasern (7), die wahllos in dem Gemisch angeordnet sind und Abmessungen von nicht mehr als 30 mm aufweisen, und ein organisches Bindemittel umfasst, wobei das Bindemittel dem Gemisch im Festkörperzustand zugegeben wird, – Platzieren des Gemisches in einer Form mit geeigneter Gestalt und gleichzeitiges Einbringen einer Vielzahl von Verstärkungsfasern in das Gemisch, die sich in einer Weise um die Form erstrecken, dass sie die Ausbreitung von Rissen verhindern, – Formen des Gemisches, das die Verstärkungsfasern enthält, um ein halbfertiges Produkt zu schaffen, – Unterziehen des halbfertigen Produkts einem ersten Brennen bei einer Temperatur, derart, dass in Wesentlichen eine Karbonisierung oder Pyrolyse des organischen Bindemittels herbeigeführt wird, wobei das halbfertige Produkt durch die Pyrolyse porös gemacht wird, und – Unterziehen des gebrannten halbfertigen Produkts einem zweiten Brennen unter Anwesenheit von Silizium bei einer Temperatur, derart, dass im Wesentlichen ein Schmelzen des Siliziums und eine Infiltration desselben in das halbfertige Produkt, das geformt und gebrannt worden ist, herbeige führt wird, um das geformte Verbundmaterial herzustellen, wobei die Bündel von Fasern im Wesentlichen aus Kohlenstoff gebildet sind, wobei die Verstärkungsfasern Kohlenstofffasern sind, und wobei die Fasern der Vielzahl von Verstärkungsfasern in einer Vielzahl von Bündeln (9) angeordnet sind, die in vordefinierten Richtungen angeordnet sind, um Schichten (13) zu bilden, die relativ zu den Bremsflächen (5, 6) transversal angeordnet sind, wobei die Schichten von Bündeln von gegenseitig gekreuzten, verflochtenen oder verwebten Verstärkungsfasern gebildet werden, um konzentrische Ringe zu bilden, wobei eine dreidimensionale Verstärkungsstruktur (11) gebildet wird.
Scheibe (1) nach Anspruch 1, in der das Gemisch ein Bindemittel (8) in Form von Pellets, Pulver oder Granulat umfasst.
Scheibe (1) nach Anspruch 2, in der das Bindemittel (8) ein organisches Bindemittel ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Phenolharze und Acrylharze, Paraffin, Peche und Polystyrole umfasst, vorzugsweise Peche und Phenolharze.