"Reibeinheit"

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reibeinheit, insbesondere eine Bremsschei¬ be, die mindestens eine Reibfläche aufweist, mit einem Reibkörper und mit minde¬ stens einem Formkörper, wobei der Reibkörper aus kohlenstoff-faserverstärktem Verbundwerkstoff gebildet und fest mit dem Formkörper zusammengefügt ist.

Eine derartige Reibeinheit ist in der DE-A1 44 38456 beschrieben. Diese Reibein¬ heit zeichnet sich durch einen Kernkörper und mindestens einen mit diesem fest ver¬ bundenen Reibkörper aus, wobei der Reibkörper mit dem Kernkörper auf einer der Reibfläche abgekehrten Seite verbunden ist. Die Verbindung beider Köφer erfolgt über eine hoch temperaturbeständige Verbindungsschicht. Vorzugsweise ist die Ver¬ bindungsschicht im wesentlichen aus Siliziumkarbid gebildet. Ein wesentliches Pro¬ blem bei solchen Bremsscheiben bzw. bei Bremsscheiben überhaupt ist dasjenige, ausreichend die auf der Reibfläche gebildete Wärme abzuführen. Aus diesem Grund weist der Kernkörper dieser Bremsscheibe Hohlräume auf, die ausreichend Kühlluft den Innenseiten der Reibkörper zuführen. Aufgrund dieser Kühlkanäle und Hohlräu¬ me wird eine große Oberfläche bereitgestellt, um Wärme an die Umgebungsluft ab¬ zuführen. Gemäß einer Ausführungsform sind zwei Reibkörper durch einen Kernkör¬ per, der aus Stegen gebildet ist, auf Abstand gehalten, wobei zwischen den Stegen jeweils Hohlräume entstehen. Die Stege sind in Nuten auf der Innenfläche des jewei¬ ligen Reibkörpers eingesetzt und mit dem Reibkörper fest verbunden.

Ausgehend von dem vorstehend angegebenen Stand der Technik liegt der vorlie¬ genden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Reibeinheit, insbesondere eine Bremsscheibe, derart weiterzubilden, daß die auf der Reibfläche entstehende

ORIGINAL UNTERLAGEN

Wärme im Vergleich zu den bekannten Maßnahmen, so wie sie vorstehend geschil¬ dert sind, effektiver abgeführt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Reibeinheit nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der mindestens eine Formkörper mit dem Reibkörper derart verbunden ist, daß min¬ destens ein Teil davon einen Bereich der Reibfläche bildet und der Formkörper in Richtung der auf der Reibfläche stehenden Flächennormalen eine höhere Wärmelei¬ tung aufweist als die Reibfläche selbst.

Mit diesen erfindungsgemaßen Maßnahmen, die zum einen darin liegen, daß die Formkorper bis an die Oberfläche der Reibfläche des Reibkörpers reichen, zum an¬ deren darin, daß die Formkorper eine bevorzugte Wärmetransportrichtung aufwei¬ sen und in Bezug auf diese Wärmetransportrichtung so ausgerichtet sind, daß diese Richtung im wesentlichen in Richtung der Flächennormalen der Reibfläche verläuft, wird über diese Formkörper, aufgrund eines definierten Wärmegradienten, sicherge¬ stellt, daß die in der Reibfläche entstehende Wärme definiert von dieser Fläche ab¬ geführt wird und somit ein Wärmestau in der Reibfläche vermieden wird. Die Reibflä¬ chenbereiche, die nicht durch die jeweils in der Reibfläche endenden Formkörper gebildet sind, können in Bezug auf den Reibkoeffizienten optimiert werden, so daß die Bremsscheibe einerseits in diesen Bereichen eine gute Reibeigenschaft auf¬ weist, zum anderen aber auch durch einen guten Abtransport der Wärme über die Formkörper gekennzeichnet ist. Gerade dieser schnelle Abtransport der Wärme ist wesentlich, da mit zunehmendem Temperaturanstieg an der Reiboberfläche die Reibeigenschaften der Reibeinheit stark herabgesetzt werden. Außerdem kann mit zunehmender Reibflächentemperatur der Verschleiß ansteigen, was durch die erfin¬ dungsgemäßen Maßnahmen gemindert werden kann.

Vorzugsweise werden auch die Formkörper aus einem kohlenstoff-faserverstärkten Verbundwerkstoff gebildet, d.h. aus einem zu dem Reibkörper artspezifischen oder artgleichen Material. In einer solchen Ausbildung der Formkörper werden die Koh¬ lenstoff-Fasern, im Gegensatz zu dem Aufbau des eigentlichen Reibkörpers, derart orientiert, daß mindestens 50% dieser Kohlenstoff-Fasern des Formkörpers in ihrer Längsrichtung zu der Oberfläche des Reibkörpers hin so ausgerichtet sind, daß de¬ ren Längsachsen und die Flächennormalen der Reibfläche einen Winkel < 45°

einschließen; die Kohlenstoff-Fasern im Reibkörper sollten dagegen im wesentlichen parallel zur Reibfläche verlaufen. Bevorzugt beträgt der Winkel zwischen den Flä¬ chennormalen und der Längsachse der Fasern des Formkörpers < 30°, noch bevor¬ zugter maximal 10°; im Idealfalle würden diese Fasern senkrecht zur Reiboberfläche oder parallel zu den Flächennormalen der Reibfläche enden. Der Anteil solcher senkrecht zur Oberfläche bzw. in Richtung der Flächennormalen verlaufenden Fa¬ sern sollte hierbei mehr als 75% betragen; vorzugsweise liegt dieser Anteil bei über 90%. Im Idealkörper werden der oder die Formkörper durch Faserbündel gebildet, deren Fasern zueinander parallel ausgerichtet sind und in Richtung der Flächennor¬ malen, zumindest im Oberflächenbereich der Reibfläche, verlaufend orientiert sind.

Um ein stabiles Gefüge mit einer guten Wärmeableitung zu erhalten, sollte der Formkorper den Reibkörper in seiner gesamten Dicke durchdringen. Es sollte eine Vielzahl von Formkörpern vorgesehen sein, die, wie vorstehend beschrieben, in den Reibkörper integriert sind. Diese einzelnen Formkörper werden zueinander gleich¬ mäßig beabstandet, so daß jeweils zwischen den Flächen der Formkörper, die in der Reibfläche enden, ein ausreichender Bereich der Oberfläche der Reibeinheit mit den entsprechenden Reibeigenschaften verbleibt. In einer solchen Anordnung der Form¬ körper sind bolzenartig aufgebaute Formkörper bevorzugt, die mit einer Stirnfläche jeweils in der Reibfläche enden. Bevorzugt sollte die Summe der in der Reibfläche endenden Stirnflächen der einzelnen Formkörper zwischen 30 und 50% der Ge¬ samtfläche der Reibfläche der Reibeinheit ausmachen. Für den Durchmesser der Bolzen bzw. für den Durchmesser der in der Reibfläche endenden Stirnflächen der Formkörper werden Durchmesser von 10 bis 20 mm, bevorzugt zwischen 12 und 14 mm, gewählt.

Je nach Aufbau und Einsatzart der Reibeinheit können die Formkörper bolzenartig ausgebildet sein und über die jeweilige Reibfläche bzw. den Reibkörper hervorste¬ hen, was für die Kühlung einen zusätzlichen Vorteil dahingehend hat, daß die freie Oberfläche des Formkörpers durch diesen über die Reibfläche vorstehenden Be¬ reich erhöht wird.

Die bolzenartigen Formkorper können sich von der Reibfläche aus zu der der Reib¬ fläche gegenüberliegenden Fläche hin verjüngen. Dies bedeutet, daß solche

Formkorper, von der Reibfläche aus gesehen, in sich verjüngende Öffnung einge¬ setzt sind. Ein solcher Aufbau hat unter anderem den Vorteil, daß die Formkörper in dem Reibkörper auch unter hoher Wärmeeinwirkung klemmend durch den sich ver¬ jüngenden, beispielsweise konischen Querschnitt gehalten werden. In Bezug auf den abgestuften Querschnitt, ob er sich nun erweitert oder verjüngt, können Schul¬ ter- oder Anschlagflächen gebildet werden, die jeweils eine sichere Lage und Orien¬ tierung des Formkörpers und des Reibkörpers zueinander gewährleisten. Aus ferti¬ gungstechnischer Sicht sollten die Formkörper einen etwa kreisförmigen Querschnitt aufweisen. In einem solchen Querschnitt können Faserbündel kompakt zusammen¬ gefaßt werden, mit einer gleichmäßigen, radial verteilten Orientierung.

Wie bereits vorstehend angegeben ist, sind Formkörper der Art bevorzugt, die eine Schulter- oder Anschlagfläche aufweisen. Mit so aufgebauten Formkörpern können zwei Reibkörper mit Abstand zueinander orientiert werden, sodaß der Schulterbe¬ reich der Formkörper in Bezug auf den jeweiligen Reibkörper, den sie halten, als An¬ schlagfläche zum Anlegen an der der Reibfläche gegenüberliegenden Rückseite des Reibkörpers dient. Der Bereich bzw. der Hohlraum zwischen den zwei durch die Formkörper auf Abstand gehaltenen Reibkörpern kann dazu genutzt werden, unter Drehung der Reibeinheit, in den Hohlräumen eine starke Luftzirkulation zu erzeu¬ gen, um unmittelbar den mittleren, zwischen den beiden Reibkörpern freiliegenden Bereich der Formkörper zu umströmen und dort die Wärme abzuführen.

Um den Wärmetransport zu der Oberfläche der Formkörper, die in dem mittleren Be¬ reich der jeweiligen Formkörper, der zwischen den beiden auf Abstand gehaltenen Reibkörpern frei liegt, zu fördern, sind die Kohlenstoff-Fasern in diesem Bereich der¬ art ausgerichtet, daß sie im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Faserlängs¬ richtung der an die Reibfläche angrenzenden Faserschicht verlaufen und somit senkrecht einer Kühlströmung verlaufend ausgerichtet sind. Die Ausrichtung der Fa¬ sern wird demzufolge von der Reiboberfläche zu der freien Oberfläche des mittleren Bereichs der Formkörper hin definiert so umorientiert, daß eine optimale Wärmeab¬ leitung erzielt werden kann, und zwar unter Ausnutzung einer Vorzugsrichtung des Wärmetransports in Längsrichtung der Fasern. Bei einer innenbelüfteten Brems¬ scheibe kann von gleichmäßigen Beabstandungen der Formkörper abgesehen

werden, wobei die Formköφer dann auch so angeordnet werden können, daß sie die Wände von Kühlkanälen bilden.

Im Bereich des Zwischenraums zwischen zwei Reibeinheiten, die unter einem defi¬ nierten Abstand zueinander beabstandet sind, beispielsweise durch die erfindungs¬ gemäßen Formköφer, können weitere Formköφer eingefügt werden, die von der Reibfläche aus in diesen Zwischenraum hinein vorstehen. Solche Formköφer die¬ nen vorzugsweise zur Abführung der Wärme von der Reiboberfläche. Sie können geeignet in der Länge dimensioniert und darüberhinaus als Hohlköφer ausgebildet sein, wobei darauf geachtet werden sollte, daß im Bereich der Reibfläche die Fasern im wesentlichen senkrecht zu der Reibfläche verlaufen, während sie im Bereich des freien, in den Zwischenraum hineinstehenden Endes in Richtung der Kühlluftströ¬ mung, die den Formköφer anströmt, orientiert werden, um geeignet die Wärme abzuführen.

Die erfindungsgemäßen Formkörper können auch eine bevorzugte Anwendung ais Halteteile oder Krafteinleitungselemente der Reibeinheit finden.

Falls die Formköφer einen ausreichenden Querschnitt aufweisen, können sie auf der der Reibfläche abgewandten Seite einen oder mehrere Hohlräume aufweisen, um die freie Oberfläche für die Wärmeabfuhr zu erhöhen. Sie können auch rohr- oder hülsenförmig ausgebildet werden mit einer Öffnung im wesentlichen senkrecht zu der Reibfläche.

Um die Wärmeleitfähigkeit der Formköφer weiter zu erhöhen, wird in dem Formkör¬ per Metall eingelegt. Solche Metallteile, beispielsweise dünne Metallspäne oder Me¬ talldrähte oder -fasern, werden so ausgerichtet, daß sie sich senkrecht zur Reibflä¬ che in den Formkörper hinein erstrecken. In Verbindung mit der bevorzugten Orien¬ tierung der Kohlenstoff-Fasern ist diese Metalleiniage parallel zu den Fasern ausgerichtet.

Alternativ zu der Metalleinlage, oder zusätzlich dazu, werden zur Erhöhung der be¬ vorzugten Wärmeleitung, mindestens 50% der Kohlenstoff-Fasern des Formköφers mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit ausgewählt als diejenige der Fasern, aus

denen der Reibköφer aufgebaut ist. Als solche Fasern kommen Hoch-Modul-Fasern mit einem Zug-E-Modul größer als 300 GPa auf Polyacrylnitril-(PAN-) oder Pechba¬ sis in Betracht.

Die erfindungsgemäße Reibeinheit wird bevorzugt aus einem Kohleπstoff-Faserkör- per mit der jeweiligen, bevorzugten Orientierung der Fasern im Bereich des Reibkör¬ pers und der Formköφer aufgebaut, wobei die Fasern des Reibköφers und/oder des Formköφers in einer weiteren, bevorzugten Ausbildung in Siliziumkarbid einge¬ bettet werden. Dieses Siliziumkarbid wird während der Herstellung der Reibeinheit in Form von flüssigem Silizium in eine Mikrorißstruktur im Bereich des vorbereiteten Kohienstoff-Fasergerüsts infiltriert und unter Wärmeeinwirkung mit freiem Kohlen¬ stoff zu Siliziumkarbid umgewandelt. Auf diese Art und Weise ist es möglich, einen porösen Vorköφer als Rohling zu fertigen, der die jeweiligen Orientierungen der Reibköφer und der Formköφer in ihren Vorzugsrichtungen umfaßt, wonach dann die Einheit mit der Infiltration von Silizium und der Wärmebehandlung zu einem fe- sten Verbundköφer fertiggestellt wird.

Unter dem Begriff Reibeinheit, wie er hier verwendet wird, sind nicht nur Brems¬ scheiben und Bremsklötze zu verstehen, sondern auch Reibbeläge, die für Kupplun¬ gen, oder dergleichen, eingesetzt werden.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen¬ den Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. In der Zeichnung zeigt

Figur 1 eine perspektivische, schematische Darstellung einer Reibeinheit, wobei im Bereich der Reibfläche vier Formköφer enden,

Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines Formkörpers, wie er in Verbin düng mit der Reibeinheit der Figur 3 einsetzbar ist,

Figur 3 einen Schnitt durch zwei Reibeinheiten, die mit einem Formköφer, wie er in Figur 2 dargestellt ist, zueinander auf Abstand gehalten sind,

Figur 4 eine der Figur 3 entsprechende Darstellung, wobei der Formköφer zu den Reibflächen hin verjüngende Querschnittskonturen aufweist,

Figur 5 einen Formköφer, der als Abstandsteil einsetzbar ist,

Figur 6 schematisch einen Längsschnitt durch eine Reibeinheit mit einem einzel¬ nen Reibköφer, wobei verschiedene darin eingebettete Formköφer im Schnitt gezeigt sind,

Figur 7 einen der Figur 3 entsprechenden Schnitt durch zwei Reibeinheiten mit zwei Formköφern, die die Reibeinheiten auf Distanz halten, sowie zusätz¬ lichen Kühl-Formköφern, die von der Reibfläche in den Zwischenraum hineinragen,

Figur 8 eine mit der Figur 6 vergleichbare Darstellung, wobei zwei Varianten von Formköφern dargestellt sind, die jeweils über die Reibfläche vorstehen,

Figuren 9A bis 12A sowie die Figuren 9B bis 12B jeweils in einer stirnseitigen

Draufsicht sowie in einem Schnitt entsprechend der angegebenen Schnitt¬ linien Formköφer mit schematisch dargestelltem Faserverlauf, um die er¬ findungsgemäßen Maßnahmen sowie verschiedene Variationsmöglichkei¬ ten zu erläutern,

Figur 13 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen, maßstäblichen Bremsscheibe, und

Figur 14 einen Schnitt entlang der Schnittlinie Xlll-Xlll in Figur 13.

In Figur 1 ist schematisch eine Reibeinheit in Form einer Bremsscheibe 1 darge¬ stellt, die ringförmig mit einer zentralen Öffnung 2 aufgebaut ist. Typischerweise weist eine solche Bremsscheibe einen Außendurchmesser 3 von ca. 300 bis 350 mm auf, während die Dicke 4 zwischen 8 und 15 mm beträgt.

Die Bremsscheibe 1 umfaßt einen Reibkörper 5 aus kohlenstoff-faserverstärktem Verbundwerkstoff sowie verschiedene, bolzenartige Formköφer 6, die gleichmäßig um den Umfang der Bremsscheibe 1 herum verteilt in den Reibkörper 5 eingesetzt

sind. Diese Formköφer 6 enden mit ihrer Stirnfläche in der Reibfläche 7 des Reib- köφβrs 5 und bilden einen Teil dieser Reibfläche, wie sie in Figur 1 zu erkennen ist. Diese Formköφer 6 reichen von der Oberseite des Reibköφers 5, d.h. von der Reibfläche 7 aus, bis zu der der Reibfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Reibköφers 5. Die Formköφer, die in den gezeigten Beispielen aus Kohlefasern in ihrem Grundgerüst aufgebaut sind, dienen dazu, gezielt, durch eine bevorzugte Wärmetransportvorrichtung, Wärme, die auf der Reibfläche 7 beim Bremsen erzeugt wird, abzuführen. Hierzu ist den Formköφem 6 eine bevorzugte Wärmeleitrichtung gegeben, und zwar dadurch, daß diese Formköφer, vorzugsweise Kohlenfasern in einem hohen Volumenprozentanteil enthaltend, so orientiert sind, daß im Bereich der Formkörper 6 eine Wärmesenke gebildet ist, und die Wärme gezielt über diese Formköφer 6 abgeführt wird. Während der Reibköφer 5, beispielsweise aus einem Kohlenfasergerüst hergestellt, in seiner Faserorientierung derart aufgebaut ist, daß er eine hohe Festigkeit besitzt, d.h. die Fasern verlaufen im wesentlichen parallel zur Reibfläche 7, sind die Fasern der bolzenartigen Formköφer 6 senkrecht zu der Reibfläche 7 verlaufend, d.h. im wesentlichen in Richtung der auf der Reibfläche 7 stehenden Flächennormaleπ. Es hat sich gezeigt, daß gerade eine solche definierte Faserorientierung in Richtung der Flächennormalen zu einem optimierten Abtrans¬ port der Wärme von der Reibfläche 7 führt. In Figur 1 sind zwar nur vier bolzenartige Formköφer 6 dargestellt, um den prinzipiellen Aufbau der Reibeinheit zu erläutern, allerdings ist für einen optimierten Aufbau einer Bremsscheibe eine Vielzahl von bol¬ zenartigen Formköφern 6 von Vorteil, wie dies in den Figuren 13 und 14 dargestellt ist, die nachfolgend noch erläutert werden.

Um eine Hochleistungs-Reibeinheit bzw. eine Hochleistungs-Bremsscheibe aufzu¬ bauen, werden zwei Reibköφer 5, wie sie prinzipiell in Figur 1 dargestellt sind, mit Abstand zueinander angeordnet, wie dies in Figur 3 gezeigt ist. Um die beiden Reib¬ köφer 5 auf Abstand zu halten, können die bolzenartigen Formkörper 6 verwendet werden, die bereits anhand der Figur 1 erläutert wurden. In einer Ausführungsform, wie sie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, ist ein Mittelteil 8, beispielsweise einer zylindrischen Form (Figur 2), mit sich verjüngenden Endabschnitten 9 derart gebil¬ det, daß an der Übergangsstelle zwischen dem Mittelteil 8 und dem Endabschnitt 9 jeweils ein Schulterbereich 10 entsteht. An die jeweiligen Schulterbereiche 10 legt

sich dann der obere und der untere Reibkörper 5 jeweils an, wie dies in Figur 3 dar¬ gestellt ist.

In der Figur 3 ist durch die Linien die Hauptfaserorientierung sowohl in den jeweili¬ gen Reibkörpern 5 als auch in dem Formkörper 6 dargestellt. Während in den jewei¬ ligen Endabschnitten 9 die Fasern senkrecht zu der Reibfläche 7 verlaufend enden, d.h. in Richtung der auf der Reibfläche 7 stehenden Flächennormalen, und diese Orientierung in den Mittelteil 8 des Formkörpers 6 hineinreicht, sind in der mittleren Zone die Fasern bevorzugt senkrecht zu dieser ersten Faserorientierung ausgerich¬ tet, d.h. etwa parallel zu der Reibfläche 7, wie durch die entsprechende Schraffur 18 angedeutet ist. Aufgrund dieser Faserorientierung erfolgt ein bevorzugter Wärme¬ fluß in Richtung der mit den Bezugszeichen 11 bezeichneten Pfeile, insbesondere auch dadurch, daß unter Drehung der Reibeinheit diese bolzenartigen Formkörper 6 durch Kühlluft angeströmt werden. Ein bevorzugter Aufbau einer solchen Reibeinheit ist dann gegeben, wenn sowohl die Reibkörper 5 als auch die bolzenartigen Form¬ korper 6 aus einem Kohlefasergerüst aufgebaut sind, unter Orientierung der Fasern insbesondere in dem Formkorper 6 so, wie dies vorstehend angegeben ist, wobei dieser Formköφer als Kohlenstoffasergerüst-Rohling hergestellt wird und mit flüssi¬ gem Silizium infiltriert wird, das sich dann, unter Wärmebehandlung, mit freiem Koh¬ lenstoff zu Siliziumkarbid umwandelt. Nach der Keramisierung wird eine hochfeste Bremseinheit erzielt, die zum einen den Anforderungen als Hochleistungs-Bremsein- heit gerecht wird, bei der gerade auf der Reibfläche 7 sehr hohe Temperaturen er¬ zeugt werden, die aber andererseits einen extrem hohen Grad einer Wärmeabfuhr gerade durch die besonders ausgebildeten Formköφer 6 liefert. Für den Aufbau der Formköφer 6 werden vorzugsweise hoch wärmeleitende Fasern, wie sogenannte Hoch-Modul-Fasern eingesetzt, die durch eine Wärmeleitfähigkeit größer 20 W/mK gekennzeichnet sind. Die Fasern der Reibfläche bestehen bevorzugt aus hochfesten HT-(High Tenacity)-C-Fasem mit einem E-Modul < 300 GPa, die z.B. bidirektional als Gewebe vorliegen.

In Figur 4 ist ein Formkörper 13 gezeigt, der anstelle der sich stufenförmig verjün¬ genden Endabschnitte 9 des Formkörpers der Figur 3, einen sich zu seinen freien Enden hin, die in der Reibfläche 7 jeweils enden, einen sich konisch verjüngenden

Abschnitt 12 besitzt, der sich in eine entsprechende, konische Ausnehmung in dem jeweiligen Reibköφer 5 einlegt. Auch mit dieser Anordung ist eine sichere Halterung der jeweiigen Formkorper 6 in den Reibkörpern 5 gewährleistet. Im Gegensatz zu dem Formkorper der Figur 3 hat der Formkörper 13 der Ausführungsform gemäß Fi¬ gur 4 den Vorteil, daß der Übergang zwischen dem konischen Abschnitt 12 und dem Mittelteil 8 quasi-kontinuierlich erfolgt, d.h. es ist keine Sprungstelle in Form eines Schulterbereichs 10 vorhanden. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Fasern in dem konischen Abschnitt 12 fortlaufend in das Mittelteil 8 übergehen und dort vor¬ zugsweise so umorientiert werden, daß sie dann senkrecht zu der Orientierung im Bereich der konischen Abschnitte 12 verlaufen, wie dies auch anhand des Beispiels der Figur 3 erläutert wurde.

In Figur 5 ist ein Formkörper 13 gezeigt, der als zusätzliches Abstandsteil zwischen den beiden Reibkörpern 5 dient; dieser Formkörper 13 ist in entsprechende Vertie¬ fungen oder Nuten 14 auf der der Reibfläche 7 gegenüberliegenden Seite der Reib¬ korper 5 eingesetzt. Auch bei einem solchen Formkörper 13 können die Fasern dann im Mittelteil 8 umorientiert werden (Schraffur 18), um die Fasern in Anström¬ richtung der Kühlluft zu orientieren, entsprechend wiederum der Figur 3, um die Wärmeabflußrichtung bzw. den Wärmegradienten definiert zu beeinflussen.

Unter dem Begriff "umorientiert", wie er vorstehend und in der weiteren Beschrei¬ bung verwendet wird, ist zu verstehen, daß den Fasern der Formkörper 6, 13 eine geänderte, neu orientierte Vorzugsrichtung in Bezug auf die Wärmeleitung gegeben wird.

Die Formkörper 13, wie sie in den Figuren 4 und 5 dargestellt sind, können in der Querschnittsform in einem strömungsgünstigen Querschnittsprofil ausgebildet wer¬ den, vorzugsweise als in Strömungsrichtung der vorbeiströmenden Kühlluft bei der Drehung der Reibkörper 5 strömungsgünstiges Profil, so daß auch hohe Luftmengen über die abzukühlenden Oberflächen der Formkörper 13 geführt wird.

Während anhand der Figuren 2 bis 5 Anordnungen erläutert wurden, bei denen zwei Reibkörper 5 mittels der Formkörper 6, 13 zu einer doppelscheibigen Reibeinheit zu¬ sammengesetzt wurden, ist in Figur 6 ein Schnitt einer weiteren Reibeinheit bzw.

eines Reibkörpers 5 schematisch dargestellt, der einer Bremsscheibe entspricht, wie sie in Figur 1 gezeigt ist.

Anhand der Figur 6 sind verschiedene Formkörper 13 gezeigt, die in entsprechende Bohrungen des Reibkörpers 5 eingesetzt sind. Der linke Formkörper 13 besitzt einen über seine Länge gleichbleibenden Querschnitt, wobei wiederum die Fasern, aus denen dieser Formköφer 13 aufgebaut ist, senkrecht zur Reibfläche 7 orientiert sind, d.h. in Richtung der Oberflächennormalen der Reibfläche 7. Der mittlere Form¬ körper 13 nach Figur 6 besitzt einen oberen und einen unteren Abschnitt mit einem Schulterbereich 10, mit dem er sich innerhalb des Reibkörpers 5 zusätzlich abstützt. Die rechte Darstellung eines Formkörpers 13 zeigt einen von der Reibfläche 7 zu der gegenüberliegenden Seite hin sich verjüngenden Konus, der, entsprechend dem mittleren Formköφer 13, den Vorteil besitzt, daß er sicher in dem Reibkörper 5 ge¬ halten wird.

Die einzelnen Formköφer können nicht nur kreisförmige Querschnitte aufweisen, sondern die Querschnitte werden den jeweiligen Anforderungen angepaßt, jeweils unter Berücksichtigung der Faserorientierung in Bezug auf deren bevorzugte Wärmeleitung.

In Figur 7 ist eine Reibeinheit schematisch dargestellt, die der Figur 3 entspricht. In dieser Anordnung sind wiederum zwei Reibkorper 5 mittels Formkörper 6, die dem Formköφer der Figur 2 entsprechen, auf Abstand gehalten, so daß zwischen den beiden Reibkörpern 5 ein Zwischenraum gebildet ist. In der Anordnung der Figur 7 sind zwischen den beiden Formkörpern 6 weitere Kühl-Formkörper 23, 23' darge¬ stellt, die nur einen bestimmten Abstand über die Unterseite der jeweiligen Reibkör¬ per 5, in die sie eingesetzt sind, vorstehen. Diese Kühl-Formkörper 23, 23' dienen nur dazu, die Wärme von der Reibfläche 7 abzuführen, wobei wiederum deren Fa¬ serorientierung im wesentlichen senkrecht zu der Reibfläche 7 von Vorteil ist, um ei¬ ne bevorzugte Wärmetransportrichtung zu erzielen. Darüberhinaus weist jeder der Kühl-Formkörper 23 eine Mittelbohrung 24 auf, die zum einen die Oberfläche des Kühl-Formköφers 23 vergrößert, zum anderen Abriebmaterial von der Reibfläche 7 aufnehmen kann. Solche Kühl-Formkörper 23 können prinzipiell so aufgebaut wer¬ den, wie dies anhand der bereits beschriebenen Formkorper 6, 13 erläutert ist bzw.

nachfolgend noch anhand der Figuren 9 bis 12 erläutert wird. Beispielsweise sind Schulterbereiche 10 vorgesehen, mit denen sich die Kühl-Formkörper 23 an den Reibkörpern 5 anlegen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, diese Formkorper 23 als Bolzen bzw. Zylinderteile auszubilden, wie dies der Kühl-Formkörper 23 in Figur 7 im Bereich des unteren Reibkörpers 5 erläutert. Als weitere Variante ist der Form¬ köφer 23' als massiver Formkörper dargestellt.

In der Figur 8 ist eine der Figur 6 entsprechende Darstellung eines Reibkörpers 5 gezeigt, in der bolzenförmige Formkörper 13, die im wesentlichen den Formkörpern 13 der Figur 6 entsprechen, eingesetzt sind. Zusätzlich ist allerdings ein sich verjün¬ gender Fortsatz 25 vorgesehen, der über die Reibfläche 7 vorsteht. Mit einer sol¬ chen Anordnung kann ein zusätzlicher Kühleffekt erzielt werden. Dieser Fortsatz 25 kann nicht nur auf der Oberseite über den Reibkörper 5 vorstehen, wie dies anhand des rechten Formköφers 13 gezeigt ist, sondern auch über die Unterseite des Reib¬ körpers 5, wie die linke Darstellung zeigt. Weiterhin weist der rechte Formkörper 13 der Figur 8 an dem unteren Ende einen sich erweiternden Fortsatz 25' auf, der an der Unterseitenfläche des Reibkörpers anliegt. Die Fortsätze 25 und 25', insbeson¬ dere die Fortsätze 25, die sich über die Reibfläche 7 hinaus verlängern, können als Halteteile oder als Krafteinleitungselemente eingesetzt werden, wozu entsprechende Befestigungsmittel in diesen Formkörpern 13 ausgebildet werden. Für solche Ma߬ nahmen muß allerdings der Fortsatz nicht verjüngt sein, wie dies in der Figur 8 dar¬ gestellt ist, sondern es reicht ein geringes Überstehen über die Reibfläche 7 aus. Weiterhin kann das freie Ende solcher Fortsätze 25, 25' auch dazu dienen, die ei¬ gentliche Reibfläche zu bilden. Hierzu muß eine entsprechende Anzahl solcher Formkörper, die ein über die eigentliche Reibfläche 7, wie sie in Figur 8 dargestellt ist, vorstehende Stirnseite besitzen, vorgesehen werden. Gerade eine solche Ma߬ nahme hat den Vorteil, daß zwischen der Oberseite der Reibeinheit 5 und dem auf diesen freien Stirnflächen auflegenden Gegenstück ein schmaler Spalt gebildet wird, in dem Kühlluft zirkuliert, was zusätzlich die Kühlung der Reibeinheit 5 erhöht.

in den Figuren 9 bis 12 sind verschiedene schematische Anordnungen von Formkör¬ pern in Bolzform, d.h. mit etwa kreisförmigem Querschnitt, dargestellt, beispielswei¬ se entsprechend dem linken Formkörper 13 der Figur 6.

ln den Figuren 9A und 9B ist ein Formkörper 13 dargestellt, der aus einem zweidi- mensionalen Gewebe, das in einzelne Lagen, wie die Figur 9A zeigt, über den Quer¬ schnitt geschichtet, aufgebaut ist. Die Fasern laufen unter 0 Grad und 90 Grad zu der Längsachse, in den Figuren mit der strichpunktierten Linie 19, gekennzeichnet. Das Wesen dieses Formköφers 13 ist darin zu sehen, daß eine Vorzugsrichtung der Kohlenstoff-Fasern in Richtung der Achse 19 verläuft, während ein etwa gleich gro¬ ßer Teil quer dazu ausgerichtet ist. Dadurch erfolgt gleichwertig ein Wärmetransport sowohl in Richtung der Achse 19 als auch von der Reiboberfläche weg.

In den Figuren 10A und 10B ist ein Formkörper 13 gezeigt, der aus einem zweidi- mensionalen Fasergewebe aufgebaut ist, das beispielsweise mit der Achse 19 als Zentrum gewickelt wurde. Wie die Figur 10A schematisch darstellt, enden die Fa¬ sern mit ihren Enden in der Reiboberfläche, so daß die an der Reiboberfläche er¬ zeugte Wärme auf durch die definierte Ausrichtung der Fasern unter einem Winkel von 45 Grad zu der Achse 19, zu der gegenüberliegenden Seite abgeführt wird. Der Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß alle Fasern gleichzeitig in Richtung der Längsachse wie auch quer dazu die Wärme ableiten.

Die Figuren 11A und 11B zeigen einen Aufbau, bei dem im wesentlichen nur zu der Achse 19 parallele Fasern vorgesehen sind. Hierbei handelt es sich quasi um ein Faserbündel, in dem die gesamten Fasern parallel orientiert sind, so daß sie senk¬ recht zu der Reiboberfläche verlaufen.

Die Figuren 12A und 12B zeigen eine Variante mit einem äußeren Mantelbereich, mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet, und einem Kernbereich 21. In dem Kernbe¬ reich 21 sind die Fasern entsprechend der Figuren 11 A und 11 B parallel zu der Ach¬ se 19 ausgerichtet, während der Mantelbereich 20 entsprechend der Ausführungs- form der Figuren 9A und 9B aus einem zweidimensionalen Gewebe aufgebaut ist. Mit diesem Aufbau des Formkörpers 14 wird ein abgestufter Wärmegradient zu der Achse 19 und von der Reibfläche 7 weg zu der gegenüberliegenden Seite erzeugt, so daß die Wärme definiert von der Reiboberfäche 7 und quer zur Längsachse 19 abgeführt wird.

Während die Figuren 1 bis 12 schematische Darstellungen von Bremsscheiben und Formkörpern zeigen, ist in den Figuren 13 und 14 eine in etwa maßstabsgetreue Bremsscheibe 1 mit einem einzelnen Reibkörper 5 dargestellt. Diese Bremsscheibe 1 besitzt eine zentrale Aufnahmeöffnung, die, entsprechend der Darstellung der Fi¬ gur 1 , mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist. Weiterhin sind nahe dem Rand der zentralen Öffnung 2 gleichmäßig verteilt Befestigungsbohrungen 15 zu sehen, mit¬ tels derer die Bremsscheibe an einer angetriebenen Einheit befestigt werden kann. Der Reibkörper 5 besitzt in einem gleichmäßigen Muster verteilt fünf Reihen von Formköφern, entsprechend der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet, wobei die Formköφer 6 der einzelnen Reihen jeweils in radialer Richtung versetzt zueinan¬ der angeordnet sind, so daß zwischen benachbarten Formkörpern 6 jeweils ein schmaler Steg des eigentlichen Reibkörpers 5 verbleibt. Diese Formköφer 6 können beispielsweise eine Querschnittform aufweisen, wie dies in Figur 6 dargestellt, wobei entsprechend Figur 14 bolzenartige Formkörper 6 vorgesehen sind, die über ihre axiale Länge einen gleichbleibenden Querschnitt besitzen. Diese Formkörper 6 ha¬ ben wiederum eine bevorzugte Richtung eines Wärmetransports, der durch die Fa¬ serorientierung einer aus Kohlenstoffasern aufgebauten Bremsscheibe hervorgeru¬ fen wird, d.h. die Fasern der Formkörper 6 sind wiederum senkrecht zu der Reibflä¬ che 7 verlaufend orientiert. Durch die feinverteilte Anordnung der einzelnen Form¬ körper 6 werden die Formkörper über die gesamte Reibfläche 7 verteilt, um die Wär¬ me, die auf der Reibfläche 7 beim Bremsen hervorgerufen wird, in das Innere der Bremsscheibe abzuführen. Die Reibflächen 7, die nicht durch die Flächen der Form¬ köφer 6 gebildet werden, können so ausgelegt werden, daß sie optimale Reibei¬ genschaften besitzen, während die Formkörper 6 so ausgelegt sind, daß sie einen optimalen Wärmeabstransport gewährleisten, indem sie Wärmesenken bilden. Eine derartige, aufwendige Struktur, wie sie in Figur 13 dargestellt ist, wird bevorzugt in Form eines Fasergrundgerüsts für den Reibkörper 5 gebildet, in den die einzelnen, bolzenartigen Formkörper 6 in Form von zweidimensionalen Gewebelagen analog Figur 9, die parallel zu den Oberflächennormalen der Reibfläche 7 verlaufen, einge¬ bettet werden. Eine solche Kohlenstoff-Fasermatrix mit der definierten Orientierung der Fasern kann in Form eines Rohlings hergestellt werden, der anschließend, unter vorheriger Bildung einer definierten MikroStruktur, mit flüssigem Silizium infiltriert

wird, das dann mit freiem Kohlenstoff zu Karbid umgewandelt wird. Nach der Kera- misierung ergibt sich eine hochfeste Kohlenstoffverbundanordnung, die sehr hohen Temperaturen gewachsen ist, darüberhinaus aber auch einen optimierten Wärmeab¬ transport von der Reiboberfläche weg mit sich bringt. Um eine solche Wärmeleitung von der Reibfläche 7 weg zusätzlich zu unterstützen, können in die Formkörper 6 gut wärmeleitfähige Einlagen vorgesehen werden, beispielsweise in Form von Metalld¬ rähten oder Metallspänen, die allerdings nicht in den Figuren dargestellt sind.

Einzelne oder alle Formkörper 6, die in den Reibkörper 5 eingesetzt sind, können mit einer Durchgangsöffnung versehen werden, um zum einen einen zusätzlichen Kühleffekt zu erzielen, zum anderen aber auch Freiräume zu schaffen, durch die der auf der Reibfläche 7 erzeugte Abrieb abtransportiert werden kann.

Die Bremsscheibe 1 , wie sie die Figuren 13 und 15 zeigt, weist einen Durchmesser 16 der zentralen Öffnung von etwa 160 mm auf, während der Außendurchmesser 17 etwa 330 mm beträgt. Die Dicke 22 der Bremsscheibe 1 bzw. des Reibköφers 5 liegt bei etwa 30 bis 35 mm. Für den Durchmesser der Befestigungsbohrungen 15 wur¬ den 10 mm gewählt. Der Durchmesser der bolzenartigen Formkörper 6 beträgt 13 mm, wobei insgesamt in den Reibkörper 160 solcher Bolzen 6 eingesetzt sind.

Die verschiedenen Formköφer 6, 13, 23 und 23', wie sie in der vorstehenden Be¬ schreibung erläutert sind, sollen die Funktion erfüllen, eine in Richtung der Flächen¬ normalen der Reibfläche höhere Wärmeleitung zu erzielen als das Material der Reibfläche selbst, um definiert die Wärme von der Reibfläche wegzuführen. Um ei¬ nen solchen Effekt zu erzielen, bieten sich verschiedene Aufbauten für die Formkör¬ per an, wie zum Beispiel Formkörper aus kohlenstoff-faserverstärktem Verbundwerk¬ stoff, der Einbau von Metalleinlagen in die Formkörper, sowie Formköφer, deren Kohlenstoff-Fasern in Siliziumkarbid, das durch Flüssiginfiltration von Silizium und Reaktion mit Kohlenstoff gebildet wird, eingebettet sind. Eine weitere Möglichkeit ist eine massive Ausbildung der Formkörper aus Kohlenstoff, vorzugsweise aus Gra¬ phit, oder aus monolithischem, unverstärktem Material, vorzugsweise Siliziumkarbid bzw. gesintertem Siliziumkarbid oder aus mit Silizium infiltriertem Siliziumkarbid. Von den vorstehenden Materialien sollten monolitische Keramiken dann in einem gewis¬ sen Umfang für solche Formkörper eingesetzt werden, wenn zusätzlich eine

Verschleißminderung angestrebt wird, während Formkörper, die wesentliche Anteile an Kohlenstoff, insbesondere an Graphit, enthalten, zur Geräuschdämpfung dienen; darüberhinaus sind Formkörper aus Graphit auch kostengünstig aufbaubar, und schließlich ist deren Wärmeleitfähigkeit sehr gut einstellbar, so daß der angestrebte Wärmegradient im Bereich der Formkörper erreicht wird. So können beispielsweise die Formkörper 6, wie sie in der Bremsscheibe der Figur 13 gezeigt sind, zum Teil solche sein, die aus Graphit gebildet sind, um diesen Geräuschdämpfungseffekt zu erzielen, während ein Teil aus monolitischen Keramiken gebildet sein kann, um ei¬ nem Verschleiß entgegenzuwirken. Weiterhin kann durch definierte Anordnung der Formkörper 6 entsprechend der Ausführungsform der Figur 13 so, daß diese Form¬ köφer Kanalwände bilden, ein Kühlkanalsystem aufgebaut werden, durch das defi¬ niert ein Kühlfluid, beispielsweise die Umgebungsluft, geführt wird.