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Bremsscheibe Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für eine Bremseinrichtung.
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In der Regel bestehen Scheibenbremsen aus wahlweise stationär und
drehbar angeordneten Scheiben, die zwischen einer Stützplatte und einer Druckplatte
nebeneinanderliegend angeordnet sind. Scheibenbremsen dieser Bauart werden in hoch
beanspruchten Bremseinrichtungen, beispielsweise für Flugzeuge, verwendet. Diese
Scheibenbremsen werden hohen bremskräften ausgesetzt, und es wird eine beträchtliche
Wärme während des Bremsvorgangs erzeugt. Infolgedessen müssen die Bremsscheiben
zuverlässig konstruiert sein und dabei hohe Wärmeableiteigenschaften besitzen. Außerdem
muß eine solche Bremse vorzugsweise so leicht wie möglich an Gewicht sein. Die Verwendung
von Leryllium als wärmeableitendes und konstruktionsmaterial bei solchen bremsscheibe
ist zur Erreichung dieser erwünschten Ligenschaften bekannt.
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Indessen schließen die Berylliumkern-Bremsscheiben bekannter Bauart
entweder komplexe eingekapselte Konstruktionen
welche teuer sind
und nicht eine maximale Gewichtsverminderung erreichen, oder Scheibenanordnungen
ein, bei denen es notwendig ist, die ganze Linrichtung auszutauschen, wenn die Reibflächen
über das zweckmäßige Maß hinaus verschlissen sind. Dies ist unerwünscht, weil es
den Verlust der verwendbaren Teile der Scheibe mit sich bringt, wenn nur die Reibflächen
erneuert werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Bremsscheibe, die an
Gewicht leicht ist und hohe Wärmeableitfähigkeiten besitzt. Die Erfindung sieht
ferner vor, daß die Bremsscheibe an Ort und Stelle erneuert werden kann, wobei die
Kernplatten wieder verwendet werden können und lediglich die verschlissenen Reibflächen
ersetzt zu werden brauchen.
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Ferner soll die Bremsscheibe eine Kernplatte aus Beryllium haben,
um eine zuverlässige Konstruktion und eine hohe Wärmeableitfähigkeit zu gewährleisten,
wobei die aus Kohlenstoff bestehenden Reibflächen einen gleichmäßigen oder einheitlichen
Reibungskoeffizienten sicherstellen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine kreisringförmige Platte
aus Beryllium, die auf ihrem einen Umfang mit in gleichen Abständen verteilten Antriebsmitteln
versehen ist, durch eine Reibplatte auf Kohlenstoffbasis, welche die gleiche Gestalt
wie die Kernplatte aufweist und die an jeder Seite der Kernplatte angeordnet ist,
sowie durch Mittel zur mechanischen Befestigung der Reibplatten und der Kern platten
unter Bildung einer Einheit ohne Beeinträchtigung der Reibfläche der Reibplatten,
wobei die Kernplatte etwa die gleiche Dicke wie die gesamte Dicke der Reibplatten
aufweist.
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Vorteilhaft ist die Kernplatte einteilia ausgebildet.
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Ebenso empfiehlt es sich, jede der Reibplatten einteilig auszubilden.
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Zweckmäßig bestehen die Befestigungsmittel aus die Reibplatten und
die Kernplatte außerhalb der Reibfläche in Abständen voneinander durchsetzenden
Buchsen, die einem Umfang derselben zugeordnet sind, wobei sich Nieten durch die
Buchsen erstrecken.
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Bei einer Bremsscheibe, die zur Verwendung in einer Bremseinrichtung
mit wahlweise stationären und drehbaren Scheiben vorgesehen ist, die zwischen einer
Stützplatte und einer Druckplatte gehalten sowie zwischen diesen axial bewegbar
sind, sind vorteilhaft Mittel für die mechanische Befestigung der Reibplatten an
der Kernplatte außerhalb der Reibfläche der Reibplatten vorgesehen.
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In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines Teils einer Bremsscheibe
gemäß der Erfindung, wobei die gezeigte Scheibe eine drehbare Scheibe ist, und Fig.
2 und 3 Schnitte nach den Linien 2-2 bzw. 3-3 in Fig. 1.
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Die allgemein mit 10 bezeichnete Bremsscheibe besitzt einen einteiligen
kreisringförmigen Kern 12, der aus Beryllium besteht, damit ein zuverlässiger konstruktiver
Aufbau der Bremsscheibe ebenso wie eine Reduzierung des Gesamtgewichtes
derselben
und eine hohe Wärmeableitfähigkeit gewährleistet sind. Reibplatten 14, die jeweils
in der Form einer einteiligen kreisringförmigen Scheibe eines auf Kohlenstoffbasis
beruhenden Materials ausgebildet sind, jedoch auch segmentiert sein können, sind
auf den gegenüberliegenden Seiten des Berylliumkerns 12 vorgesehen. Der Kern 12
ist vorzugsweise etwa zweimal so dick bemessen wie jede der betreffenden Reibplatten
14. Die Kernplatte 12 ist an in gleichförmigen Abständen an lnrem Außenumfang vorgesehenen
Stellen. mit Antriebsnuten 16 versehen, in die Keile oder Federn an dem drehbaren
Rad eingreifen, so daß die Scheibe sich mit dem Rad dreht, während andererseits
eine àxiale Bewegung derselben gegenüber dem Rad möglich ist. Die Reibplatten 14
sind an ihrem Außenumfang mit Nuten 18 versehen, die mit den Antriebsnuten 16 des
Kerns fluchten. Die Nuten 16 des Kerns und 18 der Reibplatten haben die gleiche
Breite, so daß ein Drehmoment durch den Kern 12 und die Platten 14 proportional
zu ihrer Dicke übertragen wird. Die Berylliumkernplatte 12 kann ebenfalls mit Nuten
oder Schlitzen 20 versehen sein, die sich radial nach außen von ihrem inneren Umfang
erstrecken. Diese Nuten ermöglichen eine Ausdehnung der Kernplatte 12 und verhindern
ein Verwerfen der Bremsscheibe 10. Die aus Kohlenstoff bestehenden Reibplatten 14
und die Berylliumkernplatte 12 sind mittels Buchsen 22 fest miteinander verbunden,
die durch Löcher 26 der Reibplatten 14. und durch ein Loch 24 der Scheibe 12 hindurchgehen,
sowie durch Nieten 28, die sich durch die Buchse 22 erstrecken. Unterlegscheiben
30 sind vorgesehen, um die durch die Nieten 28 auf die Flächen der Reibplatten 14
ausgeübten Kräfte zu verteilen. Es ist zu bemerken, daß die tatsächliche Arbeitsfläche
der Reibplatten 14 sich radial innerhalb der Antriebsnuten 16 und 18 befindet. Die
Nieten 28 sind radial außerhalb der Arbeitsflächen der Platten 14 angeordnet.
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Wenn die Reibplatten 14 genügend verschlissen sind, wird die Bremsscheibe
10 durch Entfernen der Reibplatten 14 und durch Vernieten neuer unverbrauchter Reibplatten
mit dem Berylliumkern 12 erneuert. Die Verwendung von Reibplatten 14 aus Kohlenstoff
ermöglicht es, einen gleichmäßigen Reibungskoeffizienten an der Bremsscheibe zu
erreichen. Die Platten 14 können in ihrem Querschnitt unterschiedlich zusammengesetzt
oder beschichtet sein oder dergleichen. Der Grundstoff Kohlenstoff kann Kohlenstoff
selbst, insbesondere in Form von Graphit oder amorphem Kohlenstoff sein, oder aus
Kohlenstoffverbindungen bestehen, von denen die Karbide, wie Borkarbid, Siliziumkarbid
und Titankarbid, typisch sind. Kohlenstoffmischungen in ihren verschiedenen Formen
können natürlich ebenfalls verwendet werden. Zusätzlich zu der Kohlenstoffbasis
können andere Zusätze wie beispielsweise Antioxydationsnlittel, Bindemittel, Füllmittel,
festigkeitserhöhende Mittel und Verstärkungsfasern verwendet werden. Der Grundstoff
Kohlenstoff kann fest sein und eine durchweg gleichförmige Konsistenz besitzen,
er kann gegenüber gewissem Fasermaschenmaterial beispielsweise geschichtet sein
oder er kann bestimmte Abschnitte, wie drehmomentübertragende Flächen beispielsweise
besitzen, die in ihrer Dichte oder Zusammensetzung variieren.
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Die Eigenschaften des Materials, aus dem die Platten 14 hergestellt
sind, sind in bezug auf die Wirkungsweise der einen Scheibe gegenüber der anderen
in einer Scheibenbremse und in bezug auf eine exakte Arbeitsweise der Bremse insgesamt
kritisch. Insbesondere muß die Druckdehnung des Materials größer sein als 351 kg/cm²,
die Dichte größer als 1,45 g/cm3, die spezifische Wärme größer als 0,17 cal/gm/°C
innerhalb des normalen Betriebstemperaturbereichs der Scheibe, die Wärmeleitfähigkeit
größer als 0,04 Kalorien pro Sekunde
pro Quadratzentimeter pro Zentimeter
pro Grad Celsius, die Kerbschlagfestigkeit größer als 13,59 bis 15,86 cmkg/cm in
der parallelen Richtung und 27,15 bis 29,87 cmkg/cm in der senkrechten Richtung
und der Reibungskoeffizient muß größer sein als 0,10 unter normalen Betriebsbedinqungen.
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Es wurde gefunden, daß, um diese Eigenschaften zu erreichen, eine
Kombination von Graphit und Kohlenstoff bis zu einem Minimum von ca. 75 % des gesamten
Plattenvolumens erforderlich ist. Das verbleibende Volumen der Platten 14 wird ergänzt
durch @inzufügung von Verstärkungsmaterialien aus einer Gruppe, die sich aus Wolframmetall,
Siliziumkarbid und anderen Hochtemperaturzusätzen zusammensetzt. Ferner ist es erwünscht,
antioxydierende Wirkstoffe aus einer Gruppe hinzuzufügen, die aus Bor, Wolfram,
Siliziumkarbid, Silikon, Titan usw. besteht.
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Wie oben bereits bemerkt wurde, sind die Nuten 18 der Kohlenstoffreibplatten
14 von der gleichen Breite wie die Nuten 16 des Berylliumkerns 12 und fluchten mit
diesen Nuten. Dies ermöglicht einen wesentlichen Teil des während des Bremsens auftretenden
Drehmomentes über die Reibplatten 14 zu übertragen, so daß eine Reduktion der Gesamtdicke
der Bremsscheibe möglich wird, ohne daß hierdurch der konstruktive Zusammenhang
geopfert wird.
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Außerdem ermöglicht die geschichtete Ausführung des Kerns 12 und der
Platten 14 die Bremsscheibe im Betrieb einfach durch die, in Abhängigkeit davon,
ob die Scheibe gedreht wird oder ob sie fest ist, auf dem inneren oder äußeren Umfang
außerhalb der Reibfläche der Scheibe angeordneten Nieten zusammenzuhalten.
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Dies ergibt sich, weil eine gewisse Arbeit durch die Reibung zwischen
den benachbarten Flächen absorbiert wird, wenn Bremsdruck aufgebracht wird und die
Scheibe zusammengepreßt wird. Mit anderen Worten, es wird eine gewisse Arbeit zwischen
dem
Kern 12 und den Platten 14 geleistet, so daß Metallstäbe oder
irgendeine andere Art von Nutverstärkungen nicht notwendig sind. Die Buchsen 22
und Nieten 28 dienen auch einer Wiederverteilung eines Teils der Drehmomentbelastung
zwischen den Reibplatten 14 und dem Berylliumkern 12, um eine wirksame Ubertragung
des Bremsmomentes zwischen der Scheibe und dem sich drehenden Rad zu erreichen.
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Es ist verständlich, daß, während eine sich drehende Bremseinrichtung
dargestellt und oben beschrieben wurde, die Konstruktion der Scheibe in gleicher
Weise auch bei einer stationären Bremsscheibe angewandt werden kann. Bei einer solchen
Anordnung würden die Antriebsnuten des Kerns und die Kohlenstoffreibflächen längs
des inneren Umfangs der Scheibe vorgesehen sein. In ähnlicher Weise würden die Nieten
und Buchsen, welche die Kohlenstoffreibflächen mit dem Beryllium-Kern fest verbinden,
ebenfalls im Bereich des Innenumfangs der Scheibe vorgesehen sein.