DE9422475U1

DE9422475U1 - Vorprodukt für eine durch Bildung von Siliziumkarbid keramisierte und in reibenden Eingriff mit einem Gegenkörper bringbare Reibeinheit

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Publication number: DE9422475U1
Application number: DE9422475U
Authority: DE
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2004-10-29
Also published as: DE9422477U1; DE9422476U1

Description

Deutsches Zentrum für
Luft- und Raumfahrt e.V
Linder Höhe
51147 Köln

30.05.2003

Gebrauchsmusteranmeldung

&ldquor;Vorprodukt für eine durch Bildung von Siliziumkarbid keramisierte und in reibenden Eingriff mit einem Gegenkörper bringbare Reibeinheit"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vorprodukt für eine durch Bildung von Siliziumkarbid keramisierte und in reibenden Eingriff mit einem Gegenkörper bringbare Reibeinheit, insbesondere für eine Bremsscheibe oder einen Kupplungskörper, umfassend mindestens einen mit ausgehärteten Polymeren durchsetzten Kohlenstoffkörper.

Eine Verfahrensweise zur Herstellung einer Reibeinheit wurde von einer Arbeitsgruppe der DLR (Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V.), Stuttgart, Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung, auf dem VDI-Werkstofftag 1994 in Duisburg am 09./10.03.1994, der unter der Thematik &ldquor;Leichtbaustrukturen und leichte Bauteile" stand, im Rahmen des Vortrags &ldquor;Entwicklung integraler Leichtbaustrukturen aus Faserkeramik" vorgestellt. Im Rahmen dieses Vortrags wurde eine Technologie zur Herstellung von kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoffen vorgestellt. Die kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoffe werden nach einem sogenannten &ldquor;Flüssig-Silizier-Verfahren" mit flüssigem Silizium infiltriert und einer Wärmebehandlung unterworfen, wobei das Silizium sich mit Kohlenstoff zu SiC umwandelt. Ein mögliches Anwendungsgebiet dieser C/C-SiC-Werkstoffe sind unter anderem Bremsscheiben.

An Bremsen, insbesondere im Kraftfahrzeug- und Flugzeugbau, werden zunehmend höhere Anforderungen gestellt. Die Geschwindigkeiten, die heutzutage mit solchen Fahrzeugen erzielt werden, nehmen ständig zu. Beim Abbremsen wird diese kinetische Energie

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durch Reibung in Wärme umgewandelt, die durch die Bremsscheibe und die Bremsbeläge absorbiert wird. Eine solche Bremsanordnung ist demzufolge durch die Reibungscharakteristiken des Bremsenmaterials und seine Eigenschaft, Wärme zu speichern und abzuführen, begrenzt. Allgemein müssen Bremsmaterialien sehr gute thermomechanische Eigenschaften, hohe und konstante Reibungscharakteristiken und eine gute Abrasionsbeständigkeit besitzen. In den letzten Jahren entwickelte Bremsen aus kohlenstoffverstärkten Kohlenstoffmaterialien (C/C), wie sie beispielsweise in der DE-A1 30 24 200 beschrieben sind, ermöglichen Temperaturen bis zu 1000 ⁰C.

Auf der vorstehend angeführten VDI-Tagung wurde, wie angeführt, ein C/C-SiC-Werkstoff vorgestellt, der gegenüber einem C/C-Werkstoff deutliche Vorteile vor allem in Bezug auf Thermoschockbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Feuchteaufnahme und Reibverhalten zeigt.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Vorprodukt der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, dass die daraus hergestellte Reibeinheit einer erhöhten Wärmebelastung Stand hält und die darüber hinaus in einfacher Weise herstellbar ist.

Die vorstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Vorprodukt für eine durch Bildung von Siliziumkarbid keramisierte und in reibenden Eingriff mit einem Gegenkörper bringbare Reibeinheit, insbesondere für eine Bremsscheibe oder einen Kupplungskörper, umfassend mindestens einen mit ausgehärteten Polymeren durchsetzten Kohlenstoffkörper, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in den mindestens einen Kohlenstoffkörper in definierten Innenbereichen Ausnehmungen und/oder Hohlräume eingeformt sind.

Üblicherweise ist, wie allgemein bekannt ist, keramisches Material äußerst schwierig zu bearbeiten, so dass Strukturierungen in solchen bisher bekannten Reibeinheiten nur unter erhöhtem Aufwand gebildet werden konnten. Insofern wurden solche Strukturierungen nur am Außenumfang, zum Beispiel in Form von radialen Bohrungen, derartiger Bauteile vorgenommen, um den Reibeinheiten beispielsweise die erforderliche Außenkontur zu verleihen. Mit der erfindungsgemäßen Reibeinheit sind auch komplizierte Strukturen möglich, da Ausnehmungen in einem Zustand des Kohlenstoffkörpers gebildet werden, in dem noch keine Keramisierung, die durch Infiltration von Silizium mit anschließender Wärme-

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behandlung erfolgt, vorliegt. Darüber hinaus ist es auch möglich, geschlossene oder nur teilweise umschlossene Hohlräume innerhalb der Reibeinheit an genau definierten Stellen zu erzeugen. Eine solche Einbringung von Hohlräumen und/oder Ausnehmungen in dem Körper erfolgt praktisch in einem grünen Zustand des Kohlenstoffkörpers, in dem er noch mechanisch einfach bearbeitbar ist bzw. in einem Zustand, in dem der Kohlenstofffaserkörper an sich aufgebaut und strukturiert wird. Mit dieser Vorgehensweise ist unter dem Kostenaspekt eine preiswerte Herstellung von Reibeinheiten in einer Serienproduktion möglich. Solche Strukturierungen mittels Ausnehmungen und/oder Hohlräumen, die zum einen dazu dienen können, eine Reibeinheit, beispielsweise eine Bremsscheibe, auszusteifen, allerdings insbesondere dazu dienen, Hohlräume zur Kühlung zu schaffen, sind bei solchen keramisierten Reibeinheiten besonders wichtig, da solche keramisierten Reibeinheiten gerade unter sehr hohen Belastungen und damit hohen Temperaturen eingesetzt werden. Einsatzgebiete sind beispielsweise Bremseinheiten von Flugzeugen sowie Schienenfahrzeugen und Hochleistungskraftfahrzeugen.

Eine besonders günstige Vorgehensweise ist dann gegeben, wenn als Vorprodukt des porösen Kohlenstoffkörpers zunächst ein Grünkörper gebildet wird, der ein mit ausgehärteten Polymeren durchsetzter Kohlenstofffaserkörper ist. Eine solche Vorgehensweise unter Bildung eines Vorkörpers aus Kohlenstofffasern, die mit Polymeren überzogen sind, bringt besondere Vorteile hinsichtlich der anschließenden Silizium-Infiltrationstechnik. Ein Körper in Form einer Kohlenstofffasermatrix mit ausgehärteten Polymeren stellt ein Vorprodukt dar, das bereits ausreichend gehärtet und verfestigt ist, um es definiert mechanisch bearbeiten zu können. Die Einbringung der Ausnehmungen und Hohlräume kann auch in einer Stufe der Herstellung solcher Reibeinheiten vorgenommen werden, in der das Vorprodukt bereits vorhanden ist, das sowohl mechanisch als auch in formgebender Weise einfach gestaltet werden kann.

Um in einfacherWeise innerhalb der Reibeinheit geschlossene Hohlräume oder teilweise umschlossene Hohlräume zu bilden, ist es möglich, in den Kohlenstofffaserkörper vor seiner Keramisierung, vorzugsweise in einem Zustand vor seiner Infiltration mit Silizium, und darüber hinaus bevorzugt im Rahmen des Grünkörpers, der als mit Polymeren durchzogene Kohlenstofffasermatrix bereitgestellt wird, einen oder mehrere Kerne einzubringen, deren Abmessungen den zu bildenden Ausnehmungen und/oder Hohlräumen entspre-

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chen. Als Werkstoff für die Kerne eignen sich Gummi, Kunststoff, Metall, Keramik oder Kohlenstoff, wobei die Materialien dahingehend ausgewählt werden, ob es sich bei einem solchen Kern um einen verlorenen Kern handelt oder um einen Kern, der in einer bestimmten Aufbaustufe des Kohlenstoffkörpers entfernt wird. Beispielsweise ein Kern aus Styropor oder Hartschaum-Kunststoff weist einen Vorteil dahingehend auf, dass er vor der Silizium-Infiltration aus der Reibeinheit mittels eines Lösungsmittels, beispielsweise über eine Belüftungsöffnung, herausgelöst werden kann. Ein Kern aus Metall, Keramik oder Kohlenstoff wird bevorzugt zur Bildung von Ausnehmungen eingesetzt, die an einer Außenfläche der Reibeinheit gebildet sind. Im Bereich dieser Ausnehmung werden die Kerne zur Formgebung der Ausnehmung eingesetzt und in einem späteren Verfahrensschritt, wenn der Körper keiner wesentlichen Verformung mehr unterliegt, herausgezogen. Ein solcher Kern aus Metall, Kohlenstoff oder Keramik kann auch dazu verwendet werden, beim Aufbau der Kohlenstofffasermatrix zunächst in die Fasermatrix eingebettet zu werden, aus der er dann herausgenommen wird, bevor im Aufbau des Kohlenstofffaserkörpers die Ausnehmung beispielsweise durch eine Deckschicht vollständig abgeschlossen wird. Nach der Silizium-Infiltration können solche Kerne, die von außen zugänglich sind, herausgelöst werden, beispielsweise aus radial nach außen verlaufenden Kanälen, die einen in etwa gleichmäßigen Querschnitt von der Innenseite zur Außenseite bzw. eine geringfügige Querschnittserweiterung von einer radial innenliegenden Seite zu einer radial außenliegenden Seite der Reibeinheit besitzen. Solche Kerne bestehen vorzugsweise aus Kohlenstoff oder Keramik, da sie den Temperaturen in den einzelnen Verfahrensschritten zur Herstellung der Reibeinheit standhalten. Auch ein Kern, der aus Gummi gebildet ist, ist dazu geeignet, dass er nach dem Aufbau eines Vorkörpers aus diesem herausgezogen wird; eine solche Entnahme von Gummikernen muss in einem Zustand erfolgen, in dem das Gummimaterial des Kerns noch keiner hohen Temperaturbelastung unterworfen ist.

Weiterhin ist es bevorzugt, Kerne aus einem pyrolisierbaren Material zu verwenden, bevorzugt Kerne aus Polyvinylalkohol, um insbesondere Hohlräume im Inneren der Reibeinheit herzustellen, die später nicht zugänglich sind, unter Umständen auch keine Belüftungs- oder Entlüftungsöffnungen zur Außenseite der Reibeinheit hin besitzen. Pyrolisierbares Material wird nämlich im Rahmen der Pyrolyse des Kohlenstoffkörpers, insbesonde-

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re eines Kohlenstoff körpers in Form einer Kohlenstoffmatrix mit einer polymeren Durchsetzung, pyrolisiert und im Wesentlichen rückstandsfrei beseitigt.

Um eine Reibeinheit insbesondere im Bereich der Hohlräume oder Ausnehmungen mit erhöhten, mechanischen Festigkeitswerten auszustatten, werden beim Aufbau des kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoffkörpers die Ausnehmungen und Hohlräume mit Lagen oder Schichten aus Kohlenstofffasern mit vorgegebener Orientierung umgeben. Die Orientierung der Faser kann hierbei den in der Reibeinheit auftretenden Kräften und Beanspruchungen angepasst werden. Diese Faserschichten begrenzen also solche Ausnehmungen oder Hohlräume in der Reibeinheit. Für Hohlräume, die im Innern der Reibeinheit gebildet werden sollen und im Bereich derer die Reibeinheit eine erhöhte Festigkeit aufweisen soll, werden zunächst Kerne mit solchen Faserschichten umgeben und diese Kerne dann in die Kohlenstofffasermatrix eingesetzt. Bei solchen Kernen kann es sich wiederum um verlorene Kerne handeln oder um Kerne, die in einer vorgegebenen Verfahrensstufe des Aufbaus der Reibeinheit entfernt werden.

Um in einfacherWeise im Inneren einer Reibeinheit Hohlräume zu bilden, insbesondere solche Hohlräume, die keine Verbindung zur Außenseite der Reibeinheit besitzen, wird die Reibeinheit aus zwei einzelnen Körpern aufgebaut, die auf einer Außenseite Ausnehmungen besitzen. Die beiden Körper werden dann miteinander verbunden, so dass die Ausnehmungen des einen Körpers durch den jeweils anderen Körper abgedeckt und verschlossen werden. Es ist ersichtlich, dass solche Ausnehmungen sowohl in beiden Körpern gebildet werden können, die sich dann in verbundenem Zustand zu einem gemeinsamen Hohlraum ergänzen; es ist auch die Möglichkeit gegeben; die Ausnehmungen nur in dem einen Körper zu bilden und den anderen Körper als Abdeckscheibe auszubilden. Je nach Aufbau der Reibeinheit können beide Körper identische Teile sein, die dann miteinander verbunden sind. Darüber hinaus ist gerade durch einen mehrteiligen Aufbau der Reibeinheit nicht nur die Möglichkeit gegeben, in einfacherWeise Hohlräume im Innern der Reibeinheit zu bilden, sondern auch die Möglichkeit gegeben, die Reibeinheit, beispielsweise in Form einer Brems- oder Kupplungsscheibe, den für den Einsatz geforderten Eigenschaften anzupassen, d.h. dereine Körper wird als Reibkörper ausgebildet, während der andere Körper als Kernkörper dienen kann. Der Reibkörper trägt hierbei die Reibfläche für einen reibenden Eingriff mit einem entsprechenden Gegenkörper und wird hinsichtlich

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seiner Reibeigenschaften materialmäßig angepasst. Der Kernkörper dient als Trägerkörper für den Reibkörper und wird beispielsweise an einer Nabe eines Fahrzeugs befestigt. Ein solche Kernkörper sollte dann vorteilhafterweise die Kühlkanäle und Hohlräume aufweisen und hinsichtlich seiner Materialeigenschaften so angepasst werden, dass er eine gute Wärmeleit- und Wärmespeicherfähigkeit besitzt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 einen Querschnitt durch eine Vorform eines Kohlenstoffkörpers aus einer

Kohlenstofffasermatrix für eine Reibeinheit, beispielsweise eine Bremsscheibe, mit zwei in einer Oberseite gebildeten Ausnehmungen,

Figur 2 eine Vorform, ähnlich der Figur 1, die in einer Formgebungseinheit aufgebaut

ist,

Figur 3 einen Schnitt durch eine Reibeinheit mit zwei inneren, geschlossenen Hohlräumen,

Figur 4 ein Vorprodukt in Form eines Grünkörpers mit zwei durch Kerne ausgefüllte

Ausnehmungen und schematisch angedeuteter Struktur des Faserverlaufs der Kohlenstofffasermatrix,

Figur 5 eine der Figur 4 entsprechende Schnittdarstellung mit zwei umschlossenen,

durch jeweils einen Kern ausgefüllten Hohlräumen,

Figuren 6 und 7 eine Schnittdarstellung von jeweiligen Reibeinheiten, die aus zwei Kohlenstoffkörpern entsprechend der Vorform der Figur 1 mittels einer Fügetechnik hergestellt sind,

Figur 8 eine Schnittdarstellung einer Reibeinheit, die aus zwei Körpern hergestellt ist,

die entsprechend den Vorprodukten der Figuren 1 und 2 aufgebaut sind, und

Figur 9 einen Schnitt einer Reibeinheit, die mit einem Körper entsprechend der Vorform der Figur 1 mit einer zusätzlichen Abdeckscheibe hergestellt ist.

In den Figuren 1 bis 3 sind verschiedene Vorprodukte 1, 2 und 3 aus einer Kohlenstofffasermatrix dargestellt, die eine äußere Form besitzen, die in etwa der fertigen, herzustel-

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lenden Reibeinheit entspricht. Vorzugsweise werden zum Herstellen solcher Vorprodukte 1, 2 und 3 auf einer (nicht dargestellten) Unterlage oder in einer Form 4, wie sie die Figur 2 zeigt, Kohlenstofffasern unterschiedlicher Längen geschichtet, gegebenenfalls mit gewebten Kohlenstofffasereinlagen, so dass sich die jeweiligen Vorprodukte 1, 2 und 3 aufbauen. Der Einsatz einer Form 4 gemäß Figur 2 hat den Vorteil, dass in einfacher Weise dem Vorprodukt 2 eine Außenkontur reproduzierbar gegeben werden kann, die in etwa der Außenkontur der keramisierten Reibeinheit, abgesehen von Dimensionsänderungen aufgrund von geringen Schrumpfungen während der Keramisierung, entspricht. Vorzugsweise werden als Kohlenstofffasern solche eingesetzt, die mit einer Polymerschicht überzogen sind. Alternativ dazu kann ein aus Kohlenstofffasern aufgebauter Körper anschließend mit Polymeren infiltriert werden und anschließend ein solcher Vorkörper ausgehärtet werden, so dass in der Kohlenstoffmatrix eine Polymermatrix erzielt wird und gleichzeitig das gesamte Vorprodukt 1, 2 oder 3 eine Formstabilität erhält.

Im Rahmen des Aufbaus des Vorprodukts 1, 2 oder 3 werden, um Ausnehmungen 5 oder umschlossene Hohlräume 6 zu bilden, Kerne 7 eingelagert, die in ihrer Form und Größe der zu bildenden Ausnehmung 5 bzw. dem Hohlraum 6 entsprechen. In den Figuren 1 und 2 ist beispielsweise jeweils ein Kern 7 dargestellt, der in den Kohlenstofffaserkörper eingesetzt ist und der nach Verfestigung zum Vorprodukt aus diesem herausgenommen wird, so dass diese Ausnehmung 5, wie sie jeweils in der rechten Hälfte der Schnittdarstellung der Figuren 1 und 2 dargestellt ist, verbleibt. Je nach Form des Kerns kann eine solche Ausnehmung einen runden, ovalen oder eckigen Querschnitt besitzen oder aber zu der Achse 8 des jeweiligen Vorprodukts 1, 2 rotationssymmetrisch verlaufen, so dass die beiden Ausnehmungen der Vorprodukte der Figuren 1 und 2 jeweils einen Raum bilden, der zum Beispiel in Form einer Evolute entsprechend der günstigsten, aerodynamischen Gestalt des Kühlkanals gebildet werden kann bzw. als Kern ein evolutenförmiger Kern eingesetzt wird. Gleiches gilt für die Hohlräume 6 des Vorprodukts der Figur 3.

Vorzugsweise werden als Kerne 7 zur Bildung der Ausnehmungen 5 Kerne aus einem solchen Material eingesetzt, das den einzelnen Wärmebehandlungsstufen zur Herstellung des Vorprodukts standhalten kann, d.h. vorzugsweise Kerne aus Metall, Keramik oder Kohlenstoff. Solche Kerne können dann beliebig oft, nachdem sie aus dem Vorprodukt 1, 2 oder 3 entfernt sind, zum Erstellen weiterer Reibeinheiten eingesetzt werden.

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Um Hohlräume 6 zu bilden, wie sie in dem Vorprodukt 3 der Figur 3 dargestellt sind, werden beim Aufbau der Kohlenstofffasermatrix ebenfalls Kerne eingesetzt, die jedoch in irgendeiner Weise wieder aus dem Vorprodukt entfernt werden müssen. Aus diesem Grund werden vorzugsweise in diese Hohlräume Kerne aus Styropor oder Hartschaum-Kunststoff eingelegt, die dann, in einer verfestigten Stufe des Vorprodukts 3, mittels eines Lösemittels herausgelöst werden, das beispielsweise über Belüftungskanäle 9, die eine Verbindung von der Außenseite zu den Hohlräumen 6 besitzen, eingefüllt wird. Diese Belüftungskanäle können anschließend mit pyrolisierbarem Material, das einen hohen Kohlenstoffrückstand nach der Pyrolyse aufweist, gefüllt und durch anschließende Keramisierung geschlossen werden. Eine andere Möglichkeit, die Hohlräume 6 mittels verlorener Kerne zu erzeugen, ist diejenige, dass ein Kern aus einem pyrolisierbaren Material eingebracht wird, das in einem folgenden Verfahrensschritt, in dem der Kohlenstofffaserkörper einer Pyrolyse unterworfen wird, beispielsweise um eine entsprechende Polymermatrix zu pyrolisieren, im Wesentlichen rückstandsfrei beseitigt wird. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, spezielle Belüftungskanäle 9 vorzusehen. Ein Vorprodukt, wie es in den Figuren 1 bis 3 dargestellt wird, wird in einem weiteren Verfahrensschritt dann mit flüssigem Silizium infiltriert, das unter Wärmebehandlung zu Siliziumkarbid umgewandelt wird, so dass die fertige, keramisierte Reibeinheit erhalten wird.

Eine weitere Möglichkeit, Hohlräume 6 in einem Vorprodukt zu bilden, wie dies in Figur 3 dargestellt ist, ist diejenige, im Bereich der Hohlräume Kerne 7 aus Gummi einzulegen. Solche Gummikerne sind dann zu bevorzugen, wenn die Hohlräume 6 zur Außenseite der Reibeinheit hin führende Kanäle besitzen sollen, entsprechend den Belüftungskanälen 9, allerdings mit einem größeren Querschnitt, so dass nach Fertigstellung des Vorprodukts die elastomeren Kernteile über diese Kanäle 9 herausgezogen werden können. Auf diese Art und Weise können innenliegende Hohlräume 6 gebildet werden, die gegenüber den Kanälen 9 Hinterschneidungen besitzen, so dass diese elastomeren Kerne über die gegenüber den Hohlräumen einen kleineren Querschnitt aufweisenden Kanäle 9 herausgezogen werden können.

Die Figuren 4 und 5 zeigen Schnittdarstellungen von Vorprodukten 10 und 11, die in ihrem Aufbau den Vorprodukten 1 und 3 der Figuren 1 und 3 im Wesentlichen entsprechen. In " den Figuren 4 und 5 sind allerdings um die Ausnehmung 5 bzw. einen darin eingelegten

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Kern 7 (Figur 4) bzw. den Hohlraum 6 und einen darin eingelegten Kern 7 (Figur 5), der Kontur der Ausnehmung bzw. des Hohlraums folgende Kohlenstofffaserschichten 12, gezeigt, die so orientiert sind, dass sie den auftretenden Kräften in der späteren Reibeinheit angepasst sind und eine besonders stabile und feste Struktur der Kohlenstoffmatrix ergeben. Solche Kohlenstofffaserschichten 12 können im Rahmen des Aufbaus der Kohlenstofffase rmatrix um vorgefertigte Kerne 7 zum Beispiel aus Styropor oder Hartschaumstoff herum gelegt werden und solche vorgefertigten Kerne können dann in die Kohlenstofffasermatrix eingesetzt werden. Entsprechend der Vorgehensweise, die im Rahmen der Ausführung der Figur 3 vorstehend beschrieben ist, können solche Kerne später über entsprechende, in der Figur 5 nicht dargestellte, Belüftungskanäle herausgelöst werden. Die einzelnen Kernkörper bzw. die um den Kernkörper herumgewickelten Kohlenstofffaserschichten 12 können dann von Kohlenstofffaserdeckschichten 13 umgeben werden. Wie die Ausführungsformen der Figuren 4 und 5 verdeutlichen, können die Strukturen der Reibeinheiten, die erstellt werden sollen, in einem grünen Zustand beliebig geformt und aufgebaut werden, und gegebenenfalls kann das Vorprodukt nach einer Aushärtung, allerdings vor der Siliziuminfiltrierung und Keramisierung, mechanisch bearbeitet werden; es ist also nicht erforderlich, ein keramisches Material zu bearbeiten.

Den Figuren 6 und 9 sind verschiedene Ausführungsformen von modular aufgebauten, integralen Reibeinheiten dargestellt, die unter Verwendung von Vorprodukten aufgebaut sind, wie sie in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind. Demzufolge sind in den Figuren 6 und 9 für die Körper 1 und 2 dieselben Bezugsziffern verwendet. Die jeweiligen Vorprodukte können entlang einer Verbindungsstelle bzw. Verbindungsebene, die mit den Bezugszeichen in den einzelnen Figuren 6 und 9 mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet sind, aufeinandergelegt werden und anschließend miteinander verbunden werden. Als Vorprodukte oder als einzelne Modulteile für die Reibeinheiten entsprechend der Figuren bis 9 können Vorprodukte 1, 2 in ihrer grünen, d. h. noch nicht keramisierten, Form eingesetzt werden; die Verbindungsstelle 14 wird dann im Rahmen der Silizium-Infiltration der beiden Vorprodukte 1, 2 gefüllt und damit eine Verbindung, die im Wesentlichen Karbid enthält, der beiden Körper vorgenommen. Einzelne Körper 1, 2, die für sich jeweils bereits mit Silizium infiltriert und keramisiert sind, können allerdings in diesem keramisierten Zu-

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stand beispielsweise durch ein hochtemperaturbeständiges Hartlot, vorzugsweise mittels Silizium, zusammengefügt werden.

Wie die Figur 6 zeigt, können aus zwei Körpern 1, wie sie in der Figur 1 dargestellt sind, Hohlräume 6 gebildet werden, indem sich die einzelnen Ausnehmungen 5 des Vorprodukts 1 durch ihre identische Ausrichtung zu der Achse 8 bzw. der Drehachse der Reibeinheit (Figuren 6 und 9) zu diesem Hohlraum 6 ergänzen. In einem solchen Aufbau ist es nicht erforderlich, aus den Hohlräumen 6 irgendwelche, im Rahmen des Aufbaus der Kohlenstoffmatrix verbleibenden Kerne zu entfernen.

In Figur 7 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Reibeinheit aus zwei Vorprodukten, entlang der Verbindungsebene 14, zusammengefügt sind, derart, dass sie jeweils in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, so dass sich zum einen die ursprüngiicnen Ausnehmungen in dem Vorprodukt 1 mit der Außenfläche des anderen Vorprodukt 1 zu den Hohlräumen 6 ergänzen, während die Ausnehmungen 5 des anderen Vorprodukts 1 an der Außenseite als solche unverschlossen erhalten bleiben. Das erste Vorprodukt 1 kann beispielsweise in dieser Anordnung als Reibkörper dienen, wobei dessen glatte Außenfläche eine Reibfläche 15 bildet, während das andere Vorprodukt 1 einen Kernkörper darstellt. Diese Unterteilung in einen Reibkörper und einen Kernkörper zielt darauf, diese beiden Körper in ihren Materialeigenschaften den jeweiligen Erfordernissen anzupassen, d. h. der Reibkörper wird mit guten Reibeigenschaften an der Reibfläche 15 ausgestattet, während der Kernkörper zum einen eine hohe mechanische Festigkeit besitzen soll, um quasi einen Tragekörper der Reibeinheit zu bilden, zum anderen soll er eine gute Wärmeleitfähigkeit und Wärmespeicherfähigkeit besitzen, um die an der Reibfläche 15 entstehende Wärme abzuführen.

Die Anpassung der jeweiligen Körper, die zu einer Reibeinheit verbunden sind, wie dies vorstehend anhand der Figur 7 erläutert ist, trifft sinngemäß auch auf die Anordnungen der Figuren 6, 8 und 9 zu.

In der Figur 8 ist eine Reibeinheit dargestellt, die aus einem Vorprodukt 1 und einem Vorprodukt 2 entsprechend den Figuren 1 und 2 zusammengesetzt ist. In dieser Anordnung werden sowohl auf den beiden Außenseiten Ausnehmungen gebildet, darüber hinaus wird ein ringförmiger, sich radial zu der Drehachse 8 erstreckender Ringraum 16 aufgrund des

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Fortsatzes 17 des Körpers 2 gebildet; unter entsprechender Strukturierung könnte in einfacher Weise ein solcher Ringraum 16 nach außen einen geringeren Querschnitt aufweisen, wie dies in der oberen Hälfte der Figur 8 mit unterbrochener Linie dargestellt ist, indem beispielsweise ein entsprechend profilierter Körper vorgefertigt wird.

Figur 9 stellt eine Variante dar, in der der Körper 1 der Figur 1 auf der Seite der Ausnehmungen 5 mit einer Abdeckplatte 18 abgedeckt ist, so dass entsprechende Hohlräume entstehen.

Wie die verschiedenen Ausführungsformen zeigen, ist mit der erfindungsgemäßen Reibeinheit die Bildung von Ausnehmungen und Hohlräumen in einer Verfahrensstufe, in der die jeweiligen Ausgangskörper noch leicht formbar und bearbeitbar sind, gegeben. Darüber hinaus können mit einer derartigen Technologie, insbesondere auch dann, wenn eine Reibeinheit aus mehreren einzelnen Körpern zusammengesetzt wird, insbesondere in noch nicht keramisiertem Zustand, auch sehr komplexe Strukturen durch die Fügung dieser einzelnen Körper aufgebaut werden.

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Claims

1. Vorprodukt für eine durch Bildung von Siliziumkarbid keramisierte und in reibenden Eingriff mit einem Gegenkörper bringbare Reibeinheit, insbesondere für eine Bremsscheibe oder einen Kupplungskörper, umfassend mindestens einen mit ausgehärteten Polymeren durchsetzten Kohlenstoffkörper, dadurch gekennzeichnet, dass in den mindestens einen Kohlenstoffkörper in definierten Innenbereichen Ausnehmungen und/oder Hohlräume eingeformt sind.

2. Vorprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume von dem Kohlenstoffkörper teilweise umschlossen sind.

3. Vorprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume in dem Kohlenstoffkörper als geschlossene Hohlräume ausgebildet sind.

4. Vorprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume mit Belüftungskanälen versehen sind, die zu der Außenseite des Kohlenstoffkörpers führen.

5. Vorprodukt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffkörper als strukturierter Körper hergestellt ist und aufgrund seiner Strukturierung Ausnehmungen und/oder Hohlräume aufweist.

6. Vorprodukt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffkörper durch Einbringen von Kohlenstofffasern, in eine Form strukturiert, hergestellt ist.

7. Vorprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffkörper angrenzend an die Hohlräume Kohlenstofffaserschichten mit vorgegebener Orientierung aufweist.

8. Vorprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum in Form einer Evolute ausgebildet ist.

9. Vorprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume durch mechanische Bearbeitung des Kohlenstoffkörpers in diesen eingeformt sind.

10. Vorprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen durch mechanische Bearbeitung des Kohlenstoffkörpers in diesen eingeformt sind.

11. Vorprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlräumen des Vorprodukts Kerne angeordnet sind.

12. Vorprodukt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den mindestens einen Kohlenstoffkörper in definierten Innenbereichen mindestens ein Kern eingelagert ist.

13. Vorprodukt nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern eine Abmessung aufweist, welche in Form und Größe dem in der Reibeinheit zu bildenden Hohlraum entspricht.

14. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern evolutenförmig ausgebildet ist.

15. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern entfernbar ist.

16. Vorprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum, der in einer aus dem Vorprodukt gebildeten Reibeinheit vorhanden ist, zur Kühlung und/oder Versteifung der Reibeinheit dient.

17. Vorprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffkörper aus geschichteten Kohlenstofffasern unterschiedlicher Längen gebildet ist.

18. Vorprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kohlenstoffkörper gewebte Kohlenstofffasereinlagen zwischengefügt sind.

19. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstofffaserschichten des Kohlenstofffaserkörpers auf dem Kern aufgebaut sind.

20. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem Elastomer gebildet ist.

21. Vorprodukt nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus dem ihm zugeordneten Hohlraum über einen Belüftungskanal herausziehbar ist.

22. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Gummi gebildet ist.

23. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Kunststoff gebildet ist.

24. Vorprodukt nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Styropor gebildet ist.

25. Vorprodukt nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Hartschaum-Kunststoff gebildet ist.

26. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern mittels eines Lösungsmittels aus dem Kohlenstoffkörper herauslösbar ist.

27. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Kohlenstoff gebildet ist.

28. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem pyrolysierbaren Material besteht.

29. Vorprodukt nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Polyvinylalkohol besteht.

30. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Metall gebildet ist.

31. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Keramik gebildet ist.

32. Vorprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorprodukt mindestens einen ersten und einen zweiten Kohlenstoffkörper umfasst, aus denen gemeinsam die Reibeinheit herstellbar ist.

33. Vorprodukt nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kohlenstoffkörper Ausnehmungen aufweisen.

34. Vorprodukt nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweilige Ausnehmungen in dem einen Kohlenstoffkörper mit jeweiligen Ausnehmungen in dem anderen Kohlenstoffkörper zu einem gemeinsamen Hohlraum ergänzen.

35. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Kohlenstoffkörper vorgesehen ist, der die jeweiligen Ausnehmungen des ersten Kohlenstoffkörpers, die Hohlräume bildend, abdeckt.

36. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kohlenstoffkörper ein Vorprodukt für einen Reibkörper mit einer Reibfläche bildet.

37. Vorprodukt nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kohlenstoffkörper ein Vorprodukt für einen Kernkörper mit einer guten Wärmeleit- und/oder Wärmespeicherfähigkeit bildet.

38. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 32 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kohlenstoffkörper miteinander verbunden sind.

39. Vorprodukt nach einem der Ansprüche 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kohlenstoffkörper identische Teile sind.

40. Vorprodukt nach einem der Anspüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Kohlenstoffkörper Kohlenstofffaserkörper ist/sind.