纤维复合材料制成的内通风的机动车制动盘的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种内通风的机动车制动盘，其至少部分地由纤维复合材料制成，包括在一个或多个具有冷却通道(9)的摩擦环上的两个平行的摩擦面(3)，其中摩擦环不可旋转地布置在制动盘毂(4)上，且两个摩擦面(3)由纤维复合材料制成，与摩擦面(3)平行地设置了用于摩擦面(3)的盘状支架(2)，该支架(2)与制动盘毂(4)连接成一体。
【专利说明】纤维复合材料制成的内通风的机动车制动盘
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种内通风的机动车制动盘，其至少部分地由纤维复合材料制成，包 括在一个或多个具有冷却通道的摩擦环上的两个平行的摩擦面，其中摩擦环不能相对旋转 地布置在毂上。
【背景技术】
[0002] 由赛车运动以及由 Bremsenhandbuch (Springer 出版社，2006，Hrsg. Breuer/ Bill，420-426页）已知具有内通风的碳-陶瓷摩擦环的制动盘。摩擦环由CMC材料 (Ceramic Matrix Composite,陶瓷基复合材料）制成。为此，在碳化娃基材中嵌入无规则 定向和短纤维长度的碳纤维。制成的摩擦环以可更换的方式旋紧或夹紧在由不锈钢或铝材 料制成的制动盘毂上。生产量和生产率可以被改进。
[0003] 由DE 42 37 655 A1已知了所讨论类型的一件式机动车制动盘。在此，两个摩擦环 彼此连接，其中外部摩擦环由纤维复合材料制成，而内部摩擦环与制动盘毂一起由灰铸铁 材料制成，因此可以在改进重量平衡的情况下得到摩擦有利的且持久耐热的复合结构。使 用埋入式铆钉、尤其是空心铆钉来连接摩擦环。
【发明内容】
[0004] 制动系统的热有效功率主要通过在制动盘的区域内其能量平衡确定。在常规的金 属的制动盘中，尤其是在高温影响下所谓的翘曲（Schirmung)可导致摩擦衬片的不期望的 振动或不均匀的磨损。因此，制动盘毂和摩擦环之间的连接特别重要。尤其是也推荐在使 用不同材料的情况下分开的设计方案，这样额外地提高了结构成本和复杂性。此外，在高成 本压力和必要的节省重量的情况下，制动盘的几何形状规定明显更重要，从而本发明的目 的在于，提出进一步改进构造的轻量化设计的机动车制动盘，其尤其考虑了继续改进能量 平衡的、特别有效率的机动车，且实现了更价廉的批量生产。
[0005] 该目的通过权利要求1的特征如此实现：由渗透的纤维复合材料制成两个平行的 摩擦面；以及与摩擦面平行地设置了用于摩擦面的盘状支架，其中支架一件式地与毂连接。 有利地，除了用于两个摩擦面的统一的摩擦条件以及进一步改进的重量平衡外，本发明对 于所有的实施方案还实现了有利的制造，不需要强制性地指定金属的轻量化材料。
[0006] 与DE 42 37 655 A1相比，本发明的特殊优点在于，在保持制动盘的抗振动构造的 同时，实现了用于摩擦面的统一的摩擦衬片。
[0007] 根据优选的实施方案，两个摩擦面由相同的硅渗透的纤维复合材料形成，以及其 中支架由渗透的纤维复合材料或由金属材料以集成的结构方式形成，所述集成的结构具有 用于摩擦面的材料的径向外部支承部（Auflage)和毂之间的一件式布置。借助于预渗透的 预浸渍坯件的渗透的纤维复合材料的设计实现了特别有利的且符合应力要求的、允许分工 的预制造以及退火。复合材料结合金属支架的实施方案突出之处尤其在于，在结合视觉上 有吸引的设计和减小对纤维复合材料的需要的情况下仍改进了热容量储备。尤其优选地， 对于支架使用铝材料。
[0008] 在进一步有利的设计中，渗透的纤维复合材料设计为三维无褶皱地可变形的半成 品、为织物或为针织品，从而实现了，设置尽可能无褶皱的、三维的和有利的半成品的变形 以用于制造生坯，这例如可以通过冲压过程或深冲过程进行。
[0009] 在符合应力要求的设计中，纤维复合材料设计为管状的织物或针织品。和所用的 纤维复合材料的织物/针织品的闭合的管结构一起，借助于相对简单的手段得到了复合结 构的、特别符合应力要求的设计以及特别有利的力流。
[0010] 在本发明的设计方案中，纤维复合材料以单丝布置或多丝布置存在。通过纤维复 合材料也可以有利地变化地适应对起始材料的要求，而不局限于确定的起始材料。
[0011] 制动盘的具体的设计可以为，冷却通道分别设计为沿径向方向开放的、摩擦面和 支架之间的凹部，以及冷却通道具有基本上矩形的通风横截面。纤维复合材料的相应的布 置对于制动盘的通风和刚度具有同样有利的效果。
[0012] 为了进一步改进热平衡，根据本发明可以设计为，冷却通道的通风横截面从在径 向内部设置的进口出发沿朝着在径向外部设置的出口的方向渐增。
[0013] 对冷却通道的凹部的具体设计来说特别有利的是，支架设计为在制动盘毂径向外 部蜿蜒，尤其是弯曲的、弯折的或交错的，以及其中该弯曲轴或弯折轴从支架的中心出发布 置按星形布置。
[0014] 如果支架和摩擦面的参与的、相邻的长丝借助于轴向定向的长丝连接部段 形锁合地彼此接合，从而每个长丝连接部段以多层的、多丝的轴向布置的纤维结构 (Faseraxialgelege)存在，则可得到特别牢固的材料复合结构。该榫眼接合的结构方式通 过集成的固定和加固实现了在长丝连接部段的区域内特别高的抗剪强度，而无需使用或安 装单独的固定部件。改进了可循环利用性。
[0015] 如果长丝连接部段具有相邻纤维长丝的形锁合的纤维固定部，例如尤其是具有卷 曲部、具有缠结部、具有编织部或具有夹紧部，则进一步提高了强度。为了同时改进热特性， 值得推荐的是，分别与长丝连接部段的中心同心地设置轴向定向的冷却孔，该冷却孔穿过 支架和摩擦面材料复合结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 由从属权利要求和参照附图的说明得到本发明的其它细节。附图中：
[0017] 图1至9示出不同实施方案的轻量化设计的制动盘。
【具体实施方式】
[0018] 本发明涉及一种由纤维复合材料制成的内通风的机动车制动盘1，该机动车制动 盘由至少三个部件不可相对旋转地组装成一体，且包括两个相对彼此面平行地设置且布置 为与轮旋转轴线A正交的摩擦面3,该摩擦面形成一个或多个摩擦环，该机动车制动盘具有 用于摩擦面3的盘状支架2以及具有与之连接的制动盘毂4用于围绕轮旋转轴线A同心 地、可旋转地布置制动盘1。所有实施方案共同之处在于，制动盘1的摩擦面1具有碳纤维 复合材料制的长丝。支架2尽可能平面地位于摩擦面3之后，其任务主要在于，使摩擦面3 的材料相对彼此保持平行且相距一定距离，从而能在两个摩擦面3之间形成冷却通道9。
[0019] 结合所有其它所述的特征，在一个实施方案中支架2与制动盘毂4 一体地形成。在 图la、lb、lc中支架由玻璃纤维长丝形成。在其它变型方案（图2a)中，在车轮上朝向轴向 外部的摩擦面3与玻璃纤维长丝制的制动盘毂4 一体地形成且支架2由玻璃纤维材料制的 两个盘构成。在另一个变型方案中，支架2和制动盘毂4也可以单件式由铝材料（图6a、 6b、7a、7b、8a、8b、9a、9b)或由玻璃纤维长丝（图 la、lb、lc、3b)构成。
[0020] 纤维复合材料设计为多丝的长纤维的织物或针织品，其可以设计用于玻璃纤维或 碳纤维制的支架2。此外，纤维复合材料能够如此三维无褶皱地变形和造型，即能够以高精 度以及在最终的高温硅化之前分工地预制造制动盘1的预安装的、碳化的压制品（生坯）。 作为额外的特征，长丝可以管状地形成。
[0021] 冷却通道9分别设置为摩擦面3和支架2之间的径向开放的凹部。冷却通道9具 有分别在端侧开放的矩形的通风横截面。横截面从径向内部朝着径向外部增大。为了简化 冷却通道9的制造，支架2设计为曲折的，尤其是弯曲的、弯折的或交错的。在此，径向定向 的弯曲轴线或弯折轴线FI、F2、F3、FN从支架2的中心出发按星形布置。
[0022] 由纤维复合材料或铝制成的各种部件和摩擦面3之间的连接进一步通过特殊的 长丝连接部段7改进。为此，根据本发明建议了，支架2和摩擦面3的长丝借助于轴向定向 的长丝连接部段7形锁合地彼此接合，从而每个长丝连接部段7作为彼此接合的纤维的多 丝的轴向布置的纤维结构存在。如果长丝连接部段7具有相邻的长丝的形锁合的纤维固定 部，像尤其是相互的卷曲部、缠结部、编织部或夹紧部，则每个长丝连接部段7额外地加固 了连接区。分别在长丝连接部段7的中心可以额外地设置轴向定向的冷却孔8,所述冷却孔 穿过支架2和摩擦面材料复合结构。
[0023] 图9示出制动盘1，在制动盘中摩擦面由摩擦衬片材料制成且受到摩擦。
[0024] 需要补充的是，制动盘的所有实施方案特别有利地能够在其摩擦面的表面的区域 中具有摩擦面覆层。这样提供了以下优点：能够根据需要在与制动衬片相互作用的情况下 调整、协调和改变摩擦条件，且不需要改变其它的材料。
[0025] 附图标记列表
[0026] 1机动车制动盘
[0027] 2 支架
[0028] 3摩擦面
[0029] 4制动盘毂
[0030] 5
[0031] 6玻璃纤维长丝
[0032] 7长丝连接部段
[0033] 8冷却孔
[0034] 9冷却通道
[0035] 10碳纤维长丝
[0036] 13摩擦衬片材料制的摩擦面
[0037] A轮旋转轴线
[0038] FI F2 F3 FN弯曲和弯折轴线
【权利要求】
1. 一种内通风的机动车制动盘（1)，所述内通风的机动车制动盘至少部分地由纤维复 合材料制成，包括在一个或多个具有冷却通道（9)的摩擦环上的两个平行的摩擦面（3)，其 中所述摩擦环同心地且不能相对旋转地布置在制动盘毂（4)上，所述制动盘毂设置为与轮 旋转轴线（A)同心，且所述摩擦面（3)布置为与轮旋转轴线（A)正交，其特征在于，所述两 个摩擦面（3)由纤维复合材料制成；与所述摩擦面（3)平行地设置了用于所述摩擦面（3) 的盘状支架（2)，所述支架（2)与制动盘毂（4)连接成一体。
2. 根据权利要求1所述的内通风的机动车制动盘（1)，其特征在于，所述两个摩擦面 (3)由相同的纤维复合材料形成，以及所述支架（2)由纤维复合材料或由金属材料形成。
3. 根据权利要求1所述的内通风的机动车制动盘（1)，其特征在于，所述两个摩擦面 (3)由碳纤维材料形成，以及所述支架（2)由玻璃纤维复合材料或由铝材料形成。
4. 根据权利要求1或2所述的内通风的机动车制动盘（1)，其特征在于，所述纤维复合 材料设计为能三维无褶皱地变形的长纤维的织物或针织品。
5. 根据权利要求4所述的内通风的机动车制动盘（1)，其特征在于，所述织物或针织品 设计为管状。
6. 根据权利要求1或2所述的内通风的机动车制动盘（1)，其特征在于，所述纤维复合 材料以多丝布置的方式设置。
7. 根据权利要求1所述的内通风的机动车制动盘（1)，其特征在于，所述冷却通道（9) 分别设置为摩擦面（3)和支架（2)之间径向开放的凹部；以及所述冷却通道（9)具有矩形 的通风横截面。
8. 根据权利要求7所述的内通风的机动车制动盘（1)，其特征在于，所述冷却通道（9) 的通风横截面从径向内部朝径向外部增大。
9. 根据权利要求7所述的内通风的机动车制动盘（1)，其特征在于，所述支架（2)设计 成曲折的，尤其是弯曲的、弯折的或交错的，以形成用于冷却通道（9)的凹部，其中弯折轴 从与支架（2)的中心一致的轮轴（A)出发布置按星形布置。
10. 根据前述权利要求中的一项或多项所述的内通风的机动车制动盘（1)，其特征在 于，所述支架（2)和摩擦面（3)的长丝借助于轴向定向的长丝连接部段（7)形锁合地彼此 接合，从而每个长丝连接部段（7)作为多丝的轴向布置的纤维结构存在。
11. 根据权利要求10所述的内通风的机动车制动盘（1)，其特征在于，所述长丝连接部 段（7)具有相邻纤维长丝的形锁合的纤维固定部，例如尤其是卷曲部、缠结部、编织部或夹 紧部。
12. 根据前述权利要求中的一项或多项所述的内通风的机动车制动盘（1)，其特征在 于，分别在长丝连接部段（7)的中央设置了轴向定向的冷却孔（8)，所述冷却孔穿过支架 ⑵和摩擦面（3)。
13. 根据前述权利要求中的一项或多项所述的内通风的机动车制动盘（1)，其特征在 于，至少一个摩擦面（3)具有摩擦面覆层。
【文档编号】F16D65/12GK104126079SQ201380009484
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年2月14日 优先权日:2012年2月14日
【发明者】W·比尔, W·法兰克, F·霍尔施泰因, B·斯特奥兹巴赫 申请人:大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司