[go: up one dir, main page]

DE9422477U1 - Friction unit - Google Patents

Friction unit

Info

Publication number
DE9422477U1
DE9422477U1 DE9422477U DE9422477U DE9422477U1 DE 9422477 U1 DE9422477 U1 DE 9422477U1 DE 9422477 U DE9422477 U DE 9422477U DE 9422477 U DE9422477 U DE 9422477U DE 9422477 U1 DE9422477 U1 DE 9422477U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
friction unit
core
unit according
friction
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE9422477U
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority to DE9422458U priority Critical patent/DE9422458U1/en
Priority claimed from DE9422458U external-priority patent/DE9422458U1/en
Publication of DE9422477U1 publication Critical patent/DE9422477U1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/003Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts
    • C04B37/005Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts consisting of glass or ceramic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/573Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by reaction sintering or recrystallisation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C04B35/83Carbon fibres in a carbon matrix
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/003Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts
    • C04B37/006Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts consisting of metals or metal salts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • F16D69/023Composite materials containing carbon and carbon fibres or fibres made of carbonizable material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/36Moulds for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C2043/3665Moulds for making articles of definite length, i.e. discrete articles cores or inserts, e.g. pins, mandrels, sliders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/006Pressing and sintering powders, granules or fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2315/00Other materials containing non-metallic inorganic compounds not provided for in groups B32B2311/00 - B32B2313/04
    • B32B2315/02Ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/04Ceramic interlayers
    • C04B2237/08Non-oxidic interlayers
    • C04B2237/083Carbide interlayers, e.g. silicon carbide interlayers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/16Silicon interlayers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32Ceramic
    • C04B2237/36Non-oxidic
    • C04B2237/365Silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32Ceramic
    • C04B2237/38Fiber or whisker reinforced
    • C04B2237/385Carbon or carbon composite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)

Abstract

Friction unit is in the form of a porous ceramicized carbon body infiltrated with silicon by initiating a chemical reaction forming silicon carbide. Before being infiltrated with the liquid silicon, the carbon body is structured so that hollow chambers and/or recesses for cooling and/or reinforcing are formed in defined inner regions which maintain their shape and size after ceramicizing and which form hollow chambers on the finished friction unit. A core is inserted into the carbon body and/or green body for structuring, the core corresponding to the recesses and/or hollow chambers.

Description

-1 '"I '5 ·'■ I": I I.'!-1 '"I '5 ·'■ I": I I.'!

Deutsches Zentrum für
Luft- und Raumfahrt e.V
Linder Höhe
51147 Köln
German Center for
Aerospace eV
Linder Height
51147 Cologne

30.05.200330.05.2003

GebrauchsmusteranmeldungUtility model application

„Reibeinheit""Friction unit"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Reibeinheit, insbesondere Brems- oder Kupplungskörper, zum reibenden Eingriff mit einem Gegenkörper, in Form eines porösen, mit flüssigem Silizium infiltrierten, durch Einleiten einer chemischen Reaktion unter Bildung von Siliziumkarbid keramisierten Kohlenstoffkörpers.The present invention relates to a friction unit, in particular a brake or clutch body, for frictional engagement with a counter body, in the form of a porous carbon body infiltrated with liquid silicon and ceramized by initiating a chemical reaction to form silicon carbide.

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 „LeichtbauStrukturen und leichte Bauteile" stand, im Rahmen des Vortrags „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 „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.A method for producing a friction unit was presented by a working group of the DLR (German Aerospace Research Institute), Stuttgart, Institute for Design and Construction Research, at the VDI Materials Day 1994 in Duisburg on March 9th/10th, 1994, which was held under the theme of "Lightweight Structures and Lightweight Components" as part of the lecture "Development of integral lightweight structures made of fiber ceramics". As part of this lecture, a technology for producing carbon fiber-reinforced carbons was presented. The carbon fiber-reinforced carbons are infiltrated with liquid silicon using a so-called "liquid siliconization process" and subjected to heat treatment, whereby the silicon is converted with carbon to form SiC. One possible area of application for these C/C-SiC materials is brake disks.

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 durch Reibung in Wärme umgewandelt, die durch die Bremsscheibe und die BremsbelägeBrakes, especially in motor vehicles and aircraft, are subject to increasingly higher demands. The speeds achieved by such vehicles today are constantly increasing. When braking, this kinetic energy is converted into heat by friction, which is dissipated by the brake disc and the brake pads.

E1150.doc/230 575/Pll E1150.doc/230 575/Pll

• ··

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.is absorbed. Such a brake arrangement is therefore limited by the friction characteristics of the brake material and its ability to store and dissipate heat. In general, brake materials must have very good thermomechanical properties, high and constant friction characteristics and good abrasion resistance. Brakes made of carbon-reinforced carbon materials (C/C) developed in recent years, as described for example in DE-A1 30 24 200, allow temperatures of up to 1000 0 C.

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.As mentioned above, a C/C-SiC material was presented at the VDI conference mentioned above, which shows clear advantages over a C/C material, especially with regard to thermal shock resistance, oxidation resistance, moisture absorption and friction behavior.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Reibeinheit der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, dass sie einer erhöhten Wärmebelastung Stand hält und die darüber hinaus in einfacherWeise herstellbar ist.Based on the prior art described above, the present invention is based on the object of developing a friction unit of the type described at the outset in such a way that it can withstand increased thermal stress and which can also be produced in a simple manner.

Die vorstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Reibeinheit, insbesondere Brems- oder Kupplungskörper, zum reibenden Eingriff mit einem Gegenkörper, in Form eines porösen, mit flüssigem Silizium infiltrierten, durch Einleiten einer chemischen Reaktion unter Bildung von Siliziumkarbid keramisierten Kohlenstoffkörpers, die dadurch gekennzeichnet ist, dass vor der Silizium-Infiltration der Kohlenstoffkörper so strukturiert ist, dass in definierten Innenbereichen Hohlräume und/oder Ausnehmungen zur Kühlung und/oder Versteifung gebildet sind, die nach der Keramisierung ihre Form und Größe beibehalten und in Bezug auf die fertiggestellte Reibeinheit Hohlräume bilden, wobei zur Strukturierung in den Kohlenstoffkörper und/oder den Grünkörper bei dem Aufbau wenigstens ein Kern eingebracht ist, der in seinen Abmessungen den zu bildenden Ausnehmungen und/oder Hohlräumen entspricht. The above object is achieved by a friction unit, in particular a brake or clutch body, for frictional engagement with a counter body, in the form of a porous carbon body infiltrated with liquid silicon and ceramized by initiating a chemical reaction to form silicon carbide, which is characterized in that before the silicon infiltration the carbon body is structured in such a way that cavities and/or recesses for cooling and/or stiffening are formed in defined inner regions, which retain their shape and size after ceramization and form cavities in relation to the finished friction unit, wherein for structuring purposes at least one core is introduced into the carbon body and/or the green body during construction, the dimensions of which correspond to the recesses and/or cavities to be formed.

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 vor-As is generally known, ceramic material is extremely difficult to machine, so that structures in such previously known friction units could only be created with increased effort. In this respect, such structures were only provided on the outer circumference of such components, for example in the form of radial bores.

E1150.doc/230 575/PllE1150.doc/230 575/Pll

genommen, 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 Wärmebehandlung 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.taken, for example, to give the friction units the required outer contour. With the friction unit according to the invention, complicated structures are also possible, since recesses are formed in a state of the carbon body in which there is still no ceramization, which takes place by infiltration of silicon with subsequent heat treatment. In addition, it is also possible to create closed or only partially enclosed cavities within the friction unit at precisely defined locations. Such introduction of cavities and/or recesses in the body takes place practically in a green state of the carbon body in which it is still easy to machine mechanically or in a state in which the carbon fiber body itself is built up and structured. With this procedure, inexpensive production of friction units in series production is possible from a cost perspective. Such structures using recesses and/or cavities, which can be used to stiffen a friction unit, such as a brake disk, but are particularly used to create cavities for cooling, are particularly important for such ceramicized friction units, since such ceramicized friction units are used under very high loads and thus high temperatures. Areas of application include, for example, brake units in aircraft, rail vehicles and high-performance motor vehicles.

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.A particularly advantageous procedure is when a green body is first formed as a preliminary product of the porous carbon body, which is a carbon fiber body permeated with hardened polymers. Such a procedure, with the formation of a preliminary body made of carbon fibers coated with polymers, brings particular advantages with regard to the subsequent silicon infiltration technology. A body in the form of a carbon fiber matrix with hardened polymers represents a preliminary product that is already sufficiently hardened and solidified to be able to be mechanically processed in a defined manner. The recesses and cavities can also be introduced at a stage in the production of such friction units in which the preliminary product is already available, which can be easily designed both mechanically and in terms of shaping.

Um in einfacher Weise innerhalb der Reibeinheit geschlossene Hohlräume oder teilweise umschlossene Hohlräume zu bilden, ist es möglich, in den Kohlenstofffaserkörper vor sei-In order to easily form closed cavities or partially enclosed cavities within the friction unit, it is possible to insert a

E1150.C1OC/230 575/PIIE1150.C1OC/230 575/PII

ner 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 entsprechen. 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.a ceramization, preferably in a state before its infiltration with silicon, and furthermore preferably within the framework of the green body, which is provided as a carbon fiber matrix permeated with polymers, to introduce one or more cores whose dimensions correspond to the recesses and/or cavities to be formed. Rubber, plastic, metal, ceramic or carbon are suitable materials for the cores, the materials being selected according to whether such a core is a lost core or a core that is removed at a certain construction stage of the carbon body. For example, a core made of styrofoam or rigid foam plastic has the advantage that it can be removed from the friction unit by means of a solvent, for example via a ventilation opening, before the silicon infiltration. A core made of metal, ceramic or carbon is preferably used to form recesses that are formed on an outer surface of the friction unit. In the area of this recess, the cores are inserted to shape the recess and are pulled out in a later process step when the body is no longer subject to significant deformation. Such a core made of metal, carbon or ceramic can also be used to be embedded in the fiber matrix when building the carbon fiber matrix, from which it is then removed before the recess is completely closed off, for example by a cover layer, in the construction of the carbon fiber body. After silicon infiltration, such cores that are accessible from the outside can be removed, for example from radially outward-running channels that have an approximately uniform cross-section from the inside to the outside or a slight cross-sectional expansion from a radially inner side to a radially outer side of the friction unit. Such cores are preferably made of carbon or ceramic, as they can withstand the temperatures in the individual process steps for producing the friction unit. A core made of rubber is also suitable for being pulled out of a pre-body after it has been built up; Such removal of rubber cores must take place in a state in which the rubber material of the core is not yet subjected to high temperature stress.

Weiterhin ist es bevorzugt, Kerne aus einem pyrolisierbaren Material zu verwenden, bevorzugt Kerne aus Polyvinylalkohol, um insbesondere Hohlräume im Inneren der Reibein-Furthermore, it is preferred to use cores made of a pyrolyzable material, preferably cores made of polyvinyl alcohol, in order to create cavities in the interior of the friction elements.

E1150.doc/230 575/PllE1150.doc/230 575/Pll

heit 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, insbesondere eines Kohlenstoffkörpers in Form einer Kohlenstoffmatrix mit einer polymeren Durchsetzung, pyrolisiert und im Wesentlichen rückstandsfrei beseitigt.unit which are not accessible later and may not have any ventilation or vent openings to the outside of the friction unit. Pyrolizable material is pyrolyzed during the pyrolysis of the carbon body, in particular a carbon body in the form of a carbon matrix with a polymeric interpenetration, and is essentially removed without leaving any residue.

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 Reäbeinheit entfernt werden.In order to provide a friction unit with increased mechanical strength values, particularly in the area of the cavities or recesses, the recesses and cavities are surrounded with layers or layers of carbon fibers with a predetermined orientation when the carbon fiber-reinforced carbon body is constructed. The orientation of the fiber can be adapted to the forces and stresses occurring in the friction unit. These fiber layers therefore delimit such recesses or cavities in the friction unit. For cavities that are to be formed inside the friction unit and in which the friction unit is to have increased strength, cores are first surrounded with such fiber layers and these cores are then inserted into the carbon fiber matrix. Such cores can in turn be lost cores or cores that are removed in a predetermined process step in the construction of the friction unit.

Um in einfacher Weise 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 einfacher Weise 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 gefordertenIn order to easily form cavities inside a friction unit, particularly cavities that have no connection to the outside of the friction unit, the friction unit is constructed from two individual bodies that have recesses on one outside. The two bodies are then connected to one another so that the recesses in one body are covered and closed by the other body. It is clear that such recesses can be formed in both bodies, which then complement each other in the connected state to form a common cavity; it is also possible to form the recesses only in one body and to design the other body as a cover plate. Depending on the structure of the friction unit, both bodies can be identical parts that are then connected to one another. In addition, a multi-part structure of the friction unit not only makes it possible to easily form cavities inside the friction unit, but also makes it possible to adapt the friction unit, for example in the form of a brake or clutch disc, to the requirements required for use.

&Egr;&Igr;&Igr;&dgr;&Ogr;.&agr;&ogr;&ogr;/&Zgr;&bgr;&Ogr;&dgr;&Ugr;&dgr;/&Rgr;&Igr;&Igr; :".:"' .". &iacgr;&Egr;&Igr;&Igr;&dgr;&Ogr;.&agr;&ogr;&ogr;/&Zgr;&bgr;&Ogr;&dgr;&Ugr;&dgr;/&Rgr;&Igr;&Igr; :".:"' .". &iacgr;

Eigenschaften anzupassen, d.h. der eine 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 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.Properties, i.e. one body is designed as a friction body, while the other body can serve as a core body. The friction body carries the friction surface for frictional engagement with a corresponding counter body and is materially adapted in terms of its friction properties. The core body serves as a carrier body for the friction body and is attached to a hub of a vehicle, for example. Such a core body should then advantageously have the cooling channels and cavities and be adapted in terms of its material properties so that it has good thermal conductivity and heat storage capacity.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. In der Zeichnung zeigt:Further details and features of the invention emerge from the following description of embodiments with reference to the drawings. In the drawing:

Figur 1 einen Querschnitt durch eine Vorform eines Kohlenstoffkörpers aus einerFigure 1 shows a cross section through a preform of a carbon body from a

Kohlenstofffasermatrix für eine Reibeinheit, beispielsweise eine Bremsscheibe, mit zwei in einer Oberseite gebildeten Ausnehmungen,Carbon fibre matrix for a friction unit, for example a brake disc, with two recesses formed in an upper side,

Figur 2 eine Vorform, ähnlich der Figur 1, die in einer Formgebungseinheit aufgebautFigure 2 shows a preform, similar to Figure 1, which is assembled in a forming unit

ist,is,

Figur 3 einen Schnitt durch eine Reibeinheit mit zwei inneren, geschlossenen HohlFigure 3 shows a section through a friction unit with two inner, closed hollow

räumen,clear,

Figur 4 ein Vorprodukt in Form eines Grünkörpers mit zwei durch Kerne ausgefüllteFigure 4 shows a pre-product in the form of a green body with two core-filled

Ausnehmungen und schematisch angedeuteter Struktur des Faserverlaufs der Kohlenstofffasermatrix,Recesses and schematically indicated structure of the fiber direction of the carbon fiber matrix,

Figur 5 eine der Figur 4 entsprechende Schnittdarstellung mit zwei umschlossenen,Figure 5 is a sectional view corresponding to Figure 4 with two enclosed,

durch jeweils einen Kern ausgefüllten Hohlräumen,cavities filled with a core,

Figuren 6 und 7 eine Schnittdarstellung von jeweiligen Reibeinheiten, die aus zwei Kohlenstoffkörpern entsprechend der Vorform der Figur 1 mittels einer Fügetechnik hergestellt sind,Figures 6 and 7 show a sectional view of respective friction units which are made from two carbon bodies according to the preform of Figure 1 by means of a joining technique,

Figur 8 eine Schnittdarstellung einer Reibeinheit, die aus zwei Körpern hergestellt ist,Figure 8 is a sectional view of a friction unit made of two bodies,

die entsprechend den Vorprodukten der Figuren 1 und 2 aufgebaut sind, undwhich are constructed according to the precursors of Figures 1 and 2, and

Figur 9 einen Schnitt einer Reibeinheit, die mit einem Körper entsprechend der Vorform der Figur 1 mit einer zusätzlichen Abdeckscheibe hergestellt ist.Figure 9 is a section through a friction unit made with a body corresponding to the preform of Figure 1 with an additional cover disk.

E1150.doc/230 575/PllE1150.doc/230 575/Pll

• t• t

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, herzustellenden 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.Figures 1 to 3 show various precursors 1, 2 and 3 made from a carbon fiber matrix, which have an external shape that corresponds approximately to the finished friction unit to be produced. To produce such precursors 1, 2 and 3, carbon fibers of different lengths are preferably layered on a base (not shown) or in a mold 4 as shown in Figure 2, optionally with woven carbon fiber inserts, so that the respective precursors 1, 2 and 3 are constructed. The use of a mold 4 according to Figure 2 has the advantage that the precursor 2 can be given a reproducible external contour in a simple manner, which corresponds approximately to the external contour of the ceramized friction unit, apart from dimensional changes due to slight shrinkage during ceramization. The carbon fibers used are preferably those that are coated with a polymer layer. Alternatively, a body constructed from carbon fibers can be subsequently infiltrated with polymers and then such a preform can be cured so that a polymer matrix is achieved in the carbon matrix and at the same time the entire preform 1, 2 or 3 is given dimensional stability.

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.As part of the construction of the preliminary product 1, 2 or 3, cores 7 are inserted in order to form recesses 5 or enclosed cavities 6, the shape and size of which correspond to the recess 5 to be formed or the cavity 6. In Figures 1 and 2, for example, a core 7 is shown which is inserted into the carbon fiber body and which is removed from the preliminary product after solidification, so that this recess 5 remains, as shown in the right half of the sectional view in Figures 1 and 2. Depending on the shape of the core, such a recess can have a round, oval or square cross-section or can be rotationally symmetrical to the axis 8 of the respective pre-product 1, 2, so that the two recesses of the pre-products of Figures 1 and 2 each form a space which can, for example, be formed in the form of an evolute in accordance with the most favorable aerodynamic shape of the cooling channel or an evolute-shaped core is used as the core. The same applies to the cavities 6 of the pre-product of Figure 3.

Vorzugsweise werden als Kerne 7 zur Bildung der Ausnehmungen 5 Kerne aus einem solchen Material eingesetzt, das den einzelnen Wärmebehandlungsstufen zur HerstellungPreferably, cores 7 for forming the recesses 5 are made of a material which can withstand the individual heat treatment stages for the production

£1150.000/230£1150,000/230

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,of the precursor, i.e. preferably cores made of metal, ceramic or carbon. Such cores can then be used as often as desired after they have been made from the precursor 1,

2 oder 3 entfernt sind, zum Erstellen weiterer Reibeinheiten eingesetzt werden.2 or 3 are removed, can be used to create additional friction units.

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 bisIn order to form cavities 6, as shown in the preliminary product 3 in Figure 3, cores are also used when building the carbon fiber matrix, but these have to be removed from the preliminary product in some way. For this reason, cores made of polystyrene or rigid foam plastic are preferably inserted into these cavities, which are then dissolved out in a solidified stage of the preliminary product 3 using a solvent that is filled in, for example, via ventilation channels 9 that have a connection from the outside to the cavities 6. These ventilation channels can then be filled with pyrolyzable material that has a high carbon residue after pyrolysis and closed by subsequent ceramization. Another possibility of creating the cavities 6 by means of lost cores is to introduce a core made of a pyrolyzable material, which is essentially removed without residue in a subsequent process step in which the carbon fiber body is subjected to pyrolysis, for example in order to pyrolyze a corresponding polymer matrix. In this case, it is not necessary to provide special ventilation channels 9. A precursor, as shown in Figures 1 to

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.3, is then infiltrated with liquid silicon in a further process step, which is converted into silicon carbide under heat treatment, so that the finished, ceramized friction unit is obtained.

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 3 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.Another possibility for forming cavities 6 in a pre-product, as shown in Figure 3, is to insert rubber cores 7 in the area of the cavities. Such rubber cores are to be preferred if the cavities 6 are to have channels leading to the outside of the friction unit, corresponding to the ventilation channels 9, but with a larger cross-section, so that after completion of the pre-product 3, the elastomer core parts can be pulled out via these channels 9. In this way, internal cavities 6 can be formed which have undercuts opposite the channels 9, so that these elastomer cores can be pulled out via the channels 9 which have a smaller cross-section than the cavities.

E1150.doc/230 575/Pll '.".V E1150.doc/230 575/Pll '.".V

• ··

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 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 Kohlenstofffasermatrix 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.Figures 4 and 5 show sectional views of pre-products 10 and 11, which essentially correspond in their structure to pre-products 1 and 3 in Figures 1 and 3. In Figures 4 and 5, however, carbon fiber layers 12 are shown around the recess 5 or a core 7 inserted therein (Figure 4) or the cavity 6 and a core 7 inserted therein (Figure 5), following the contour of the recess or the cavity, which are oriented in such a way that they are adapted to the forces occurring in the subsequent friction unit and result in a particularly stable and solid structure of the carbon matrix. Such carbon fiber layers 12 can be placed around prefabricated cores 7, for example made of Styrofoam or rigid foam, as part of the construction of the carbon fiber matrix, and such prefabricated cores can then be inserted into the carbon fiber matrix. According to the procedure described above in the context of the embodiment of Figure 3, such cores can later be removed via corresponding ventilation channels not shown in Figure 5. The individual core bodies or the carbon fiber layers 12 wound around the core body can then be surrounded by carbon fiber cover layers 13. As the embodiments of Figures 4 and 5 make clear, the structures of the friction units that are to be created can be shaped and constructed as desired in a green state, and if necessary the preliminary product can be mechanically processed after hardening, but before silicon infiltration and ceramization; it is therefore not necessary to process a ceramic material.

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 KarbidFigures 6 and 9 show various embodiments of modular, integral friction units, which are constructed using pre-products as shown in Figures 1 and 2. Accordingly, the same reference numbers are used for the bodies 1 and 2 in Figures 6 and 9. The respective pre-products can be placed on top of one another along a connection point or connection plane, which are designated with the reference numbers in the individual Figures 6 and 9 with the reference number 14, and then connected to one another. Pre-products 1, 2 can be used in their green, i.e. not yet ceramicized, form as pre-products or as individual module parts for the friction units according to Figures 1 to 9; the connection point 14 is then filled as part of the silicon infiltration of the two pre-products 1, 2, thus creating a connection which is essentially carbide.

• t ft· ·*··• t ft· ·*··

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 Zustand beispielsweise durch ein hochtemperaturbeständiges Hartlot, vorzugsweise mittels Silizium, zusammengefügt werden.contains, of the two bodies. Individual bodies 1, 2, which are each already infiltrated with silicon and ceramized, can, however, be joined together in this ceramized state, for example by means of a high-temperature-resistant brazing solder, preferably using silicon.

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.As Figure 6 shows, cavities 6 can be formed from two bodies 1 as shown in Figure 1, in that the individual recesses 5 of the pre-product 1 complement each other to form this cavity 6 through their identical alignment with the axis 8 or the axis of rotation of the friction unit (Figures 6 and 9). In such a structure, it is not necessary to remove any cores remaining in the structure of the carbon matrix from the cavities 6.

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 ursprünglichen 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.Figure 7 shows an embodiment in which the friction unit is made up of two pre-products, joined together along the connecting plane 14, in such a way that they are each aligned in the same direction, so that the original recesses in the pre-product 1 complement the outer surface of the other pre-product 1 to form the cavities 6, while the recesses 5 of the other pre-product 1 remain unsealed on the outside. The first pre-product 1 can, for example, serve as a friction body in this arrangement, with its smooth outer surface forming a friction surface 15, while the other pre-product 1 represents a core body. This division into a friction body and a core body aims to adapt these two bodies in terms of their material properties to the respective requirements, i.e. the friction body is equipped with good friction properties on the friction surface 15, while the core body should, on the one hand, have a high mechanical strength in order to form a supporting body of the friction unit, and, on the other hand, it should have good thermal conductivity and heat storage capacity in order to dissipate the heat generated on the friction surface 15.

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.The adaptation of the respective bodies which are connected to form a friction unit, as explained above with reference to Figure 7, also applies analogously to the arrangements of Figures 6, 8 and 9.

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 AnordnungFigure 8 shows a friction unit which is composed of a pre-product 1 and a pre-product 2 according to Figures 1 and 2. In this arrangement

E1150.doc/230 575/PllE1150.doc/230 575/Pll

-11- 7: "5 -i rvü·.-11- 7: "5 -i rvü·.

werden sowohl auf den beiden Außenseiten Ausnehmungen gebildet, darüber hinaus wird ein ringförmiger, sich radial zu der Drehachse 8 erstreckender Ringraum 16 aufgrund des 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.recesses are formed on both outer sides, and an annular space 16 extending radially to the axis of rotation 8 is formed by the extension 17 of the body 2; with appropriate structuring, such an annular space 16 could easily have a smaller cross-section towards the outside, as shown in the upper half of Figure 8 with a broken line, for example by prefabricating a correspondingly profiled body.

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.Figure 9 shows a variant in which the body 1 of Figure 1 is covered on the side of the recesses 5 with a cover plate 18 so that corresponding cavities are created.

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.As the various embodiments show, the friction unit according to the invention enables the formation of recesses and cavities in a process stage in which the respective starting bodies are still easy to shape and work. In addition, with such a technology, particularly when a friction unit is composed of several individual bodies, especially in a not yet ceramicized state, very complex structures can also be built up by joining these individual bodies.

E1150.doc/230 575/PllE1150.doc/230 575/Pll

Claims (15)

1. Reibeinheit, insbesondere Brems- oder Kupplungskörper, zum reibenden Eingriff mit einem Gegenkörper, in Form eines porösen, mit flüssigem Silizium infiltrierten, durch Einleiten einer chemischen Reaktion unter Bildung von Siliziumkarbid keramisierten Kohlenstoffkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Silizium- Infiltration der Kohlenstoffkörper so strukturiert ist, dass in definierten Innenbereichen Hohlräume und/oder Ausnehmungen zur Kühlung und/oder Versteifung gebildet sind, die nach der Keramisierung ihre Form und Größe beibehalten und in Bezug auf die fertiggestellte Reibeinheit Hohlräume bilden, wobei zur Strukturierung in den Kohlenstoffkörper und/oder den Grünkörper bei dem Aufbau wenigstens ein Kern eingebracht ist, der in seinen Abmessungen den zu bildenden Ausnehmungen und/oder Hohlräumen entspricht. 1. Friction unit, in particular a brake or clutch body, for frictional engagement with a counter body, in the form of a porous carbon body infiltrated with liquid silicon and ceramized by initiating a chemical reaction to form silicon carbide, characterized in that before the silicon infiltration the carbon body is structured in such a way that cavities and/or recesses for cooling and/or stiffening are formed in defined inner regions, which retain their shape and size after ceramization and form cavities in relation to the finished friction unit, wherein for structuring purposes at least one core is introduced into the carbon body and/or the green body during construction, the dimensions of which correspond to the recesses and/or cavities to be formed. 2. Reibeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kern vor der Silizium-Infiltration entfernt ist. 2. Friction unit according to claim 1, characterized in that the at least one core is removed before the silicon infiltration. 3. Reibeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Gummi, Kunststoff, Metall, Keramik oder Kohlenstoff gebildet ist. 3. Friction unit according to claim 1 or 2, characterized in that the core is made of rubber, plastic, metal, ceramic or carbon. 4. Reibeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Styropor oder Hartschaum-Kunststoff gebildet ist. 4. Friction unit according to claim 3, characterized in that the core is made of polystyrene or rigid foam plastic. 5. Reibeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern mittels eines Lösungsmittels herauslösbar ist. 5. Friction unit according to claim 4, characterized in that the core can be removed by means of a solvent. 6. Reibeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus pyrolisierbarem Material besteht. 6. Friction unit according to claim 1, characterized in that the core consists of pyrolyzable material. 7. Reibeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem während der Pyrolyse rückstandsfrei beseitigbaren Material gebildet ist. 7. Friction unit according to claim 6, characterized in that the core is formed from a material that can be removed without residue during pyrolysis. 8. Reibeinheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus Polyvinylalkohol besteht. 8. Friction unit according to claim 6 or 7, characterized in that the core consists of polyvinyl alcohol. 9. Reibeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Ausnehmungen und/oder Hohlräume in den Kohlenstoffkörper die Ausnehmungen und/oder Hohlräume begrenzende Kohlenstofffaserschichten mit vorgegebener Orientierung eingebracht sind. 9. Friction unit according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the region of the recesses and/or cavities in the carbon body, carbon fiber layers with a predetermined orientation are introduced which delimit the recesses and/or cavities. 10. Reibeinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffaserschichten auf dem Kern aufgebaut sind. 10. Friction unit according to claim 9, characterized in that the carbon fiber layers are built up on the core. 11. Reibeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffkörper einen ersten Körper bildet und mit wenigstens einem zweiten Körper verbunden ist, wobei der zweite Körper einen Teil der Reibeinheit bildet. 11. Friction unit according to one of claims 1 to 10, characterized in that the carbon body forms a first body and is connected to at least one second body, the second body forming part of the friction unit. 12. Reibeinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Körper ein nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellter zweiter Kohlenstoffkörper ist. 12. Friction unit according to claim 11, characterized in that the second body is a second carbon body produced according to one of claims 1 to 10. 13. Reibeinheit nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper als Reibkörper mit einer Reibfläche aufgebaut ist. 13. Friction unit according to claim 11 or 12, characterized in that the first body is constructed as a friction body with a friction surface. 14. Reibeinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Körper als Kernkörper mit einer guten Wärmeleit- und/oder Wärmespeicherfähigkeit ausgebildet ist. 14. Friction unit according to claim 13, characterized in that the second body is designed as a core body with good thermal conductivity and/or heat storage capacity. 15. Reibeinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten und den zweiten Körper Ausnehmungen derart im Bereich ihrer Verbindungsflächen eingebracht sind, dass sie sich zu einem gemeinsamen Hohlraum ergänzen. 15. Friction unit according to one of claims 11 to 14, characterized in that recesses are made in the first and second bodies in the region of their connecting surfaces in such a way that they complement each other to form a common cavity.
DE9422477U 1994-10-26 1994-10-26 Friction unit Expired - Lifetime DE9422477U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE9422458U DE9422458U1 (en) 1994-10-26 1994-10-28 Friction unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE9422458U DE9422458U1 (en) 1994-10-26 1994-10-28 Friction unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE9422477U1 true DE9422477U1 (en) 2003-11-13

Family

ID=28050606

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE9422477U Expired - Lifetime DE9422477U1 (en) 1994-10-26 1994-10-26 Friction unit
DE9422476U Expired - Lifetime DE9422476U1 (en) 1994-10-26 1994-10-28 Friction unit
DE9422475U Expired - Lifetime DE9422475U1 (en) 1994-10-26 1994-10-28 Preproduct for a friction unit ceramized by the formation of silicon carbide and which can be brought into frictional engagement with a counter body

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE9422476U Expired - Lifetime DE9422476U1 (en) 1994-10-26 1994-10-28 Friction unit
DE9422475U Expired - Lifetime DE9422475U1 (en) 1994-10-26 1994-10-28 Preproduct for a friction unit ceramized by the formation of silicon carbide and which can be brought into frictional engagement with a counter body

Country Status (1)

Country Link
DE (3) DE9422477U1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006023561A1 (en) * 2006-05-19 2007-11-22 Audi Ag Process for the production of ceramic materials based on silicon carbide
CN109261941B (en) * 2018-10-17 2020-03-17 西安交通大学 Preparation method of porous mesh ceramic reinforced steel-iron-based composite brake block

Also Published As

Publication number Publication date
DE9422475U1 (en) 2003-11-06
DE9422476U1 (en) 2003-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0788468B1 (en) Method of manufacturing a friction element
EP0797555B1 (en) Friction element
DE10066044B4 (en) A method of manufacturing a friction body of silicon-filtered carbon fiber reinforced porous carbon and use of such a friction body
DE19901215B4 (en) Disc brake, pressing tool and method for producing a brake disc
DE4030529C2 (en)
EP1511949B1 (en) Tribological fiber composite component produced according to the tfp process
DE60115964T2 (en) FORM AND METHOD FOR PRODUCING A COMPRESSED BRAKE PAD WITH COOLING OPENINGS
DE60006292T2 (en) METHOD FOR PRODUCING A BRAKE DISC WITH VENTILATION CHANNELS, AND BRAKE DISC OBTAINED BY THE ABOVE METHOD
DE2746233C2 (en) Process for the production of a lost core for metal casting molds, consisting of several parts that may penetrate one another
EP1197309A1 (en) Method of manufacturing fibre reinforced composite structural elements
EP1323686A3 (en) Method of production of hollow bodies out of fibre reinforced ceramic materials
DE4212558A1 (en) REINFORCED LIGHT METAL PRODUCT AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
EP1337765B1 (en) Method for producing ceramic brake disks, with an insert in the green body before the pyrolysis
EP1298342B1 (en) Internally ventilated brake disc with opening passages and made of fiber reinforced ceramic composite material
EP1386896B1 (en) Method of production of hollow bodies out of fibre reinforced ceramic materials
EP3050862B1 (en) Method for producing a carbide ceramic component with sandwich structure and carbide ceramic component with sandwich structure
DE9422477U1 (en) Friction unit
DE10130395A1 (en) Friction material used in the production of friction elements for brakes and couplings in vehicles comprises a structural component and an infiltration component formed as a penetrating network
EP1459861B1 (en) Device and process for making hollow articles
EP1431260B1 (en) Method of production of hollow bodies out of fibre reinforced ceramic materials
DE102018220659A1 (en) Process for producing a mold segment and mold segment
EP1193416B1 (en) Method of manufacturing an internally ventilated brake disc
DE102010018114A1 (en) Tubular polyurethane-component manufacturing method, involves utilizing core for creation of channels and/or undercuts in polyurethane-component, where core is completely or partially formed from polymeric foam
DE10142768A1 (en) Process for the production of ceramic brake discs with an insert in the green compact before pyrolysis
DE10157995B4 (en) Method for producing a brake disk with perforations made of fiber-reinforced material

Legal Events

Date Code Title Description
AC Divided out of

Ref document number: G9422458

Country of ref document: DE

Kind code of ref document: P