DE4322113A1

DE4322113A1 - Brake disc for disc brakes

Info

Publication number: DE4322113A1
Application number: DE4322113A
Authority: DE
Inventors: Xaver Dr Wirth
Original assignee: Knorr Bremse AG
Current assignee: Knorr Bremse AG
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-07-02
Publication date: 1994-12-01

Abstract

The brake disc for disc brakes has a metallic supporting body (1) which is provided, on each annular friction surface (7), with a layer (6) formed by micro- or macroscropically divided areas consisting of at least two different materials: the areas of one material are composed of an at least approximately pure ceramic material and the area or areas made up of the other material or materials are composed of a metal, sintered-metal or sintered metal-ceramic material. It is particularly advantageous for the layer (6) to be formed by an open-pored ceramic sponge, the pores of which are filled with another material, or the first material can be arranged in a regular structure, e.g. a honeycomb structure, while the other material fills the cavities in the structure. The brake disc can be used, in particular, as a shaft or axle brake disc for rail vehicles. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsscheibe für Scheibenbremsen, insbesondere eine Achs- oder Radbremsscheibe von Schienenfahrzeugen, mit einem ringförmigen Tragkörper, auf welchem sich ein- oder beidseitig eine einen Keramikwerkstoff aufweisende ringförmige Schicht befindet, deren äußere Ringfläche eine Reibringfläche für wenigstens eine Bremsbacke bildet.The invention relates to a brake disc for Disc brakes, especially an axle or wheel brake disc from Rail vehicles, with an annular support body, on which one or both sides has a ceramic material annular layer is located, the outer ring surface of a Forms friction ring surface for at least one brake shoe.

Eine derartige Bremsscheibe mit einem metallischen Tragkörper ist aus der WO 91/10840 bekannt. Nach dieser Druckschrift soll ein aus Grauguß bestehender Tragkörper im Bereich der Reibringflächen beispielsweise durch beschleunigte Abkühlung nach dem Gießvorgang eine gehärtete Oberflächenzone aufweisen, deren Tiefe 1-1,5 mm betragen und ein Zementit-, Perlit- oder Martensitgefüge aufweisen kann. Auf diese gehärtete Oberfläche soll sodann durch ein Atomsprühverfahren, d. h. ein Zerstäuben einer Schmelze mittels eines inerten Hochdruckgases, oder einem Reibschweißverfahren eine dünne Schicht aus einem Material sehr großer Härte und Verschleißfestigkeit aufgebracht werden, die Dicke dieser Schicht soll im Bereich von 75-100 µm liegen. Die Schmelze und das aufzuschweißende Material sollen im wesentlichen Aluminiumoxyd enthalten, was den Keramikwerkstoffen zuzurechnen ist. Die aufbringbare Schicht ist hierbei wesentlich dünner als die Verschleißstärke bei bisherigen Bremsscheiben, die etwa 5-10 mm beträgt; es kann somit keine optimale Standzeit derartig beschichteter Bremsscheiben, wie sie sich bei einer der bisher üblichen Verschleißstärke entsprechenden Dicke der Beschichtung ergäbe, erreicht werden. Die Aufbringverfahren der Beschichtung sind zudem sehr teuer und aufwendig. Beim Atomsprühverfahren besteht außerdem die Schwierigkeit, die keramischen Partikel im Schmelzen-Grundmaterial in gleichförmiger Verteilung zu halten, da sehr große Dichteunterschiede zwischen diesen Materialien bestehen, welche zu Absetzvorgängen mit entsprechend über der Zeit sich ändernden Sprühmaterial-Zusammensetzungen mit entsprechender, unerwünschter Beschichtungsmaterial-Zusammensetzungs-Änderung führen kann. Schließlich neigen derartig aufgebrachte Beschichtungen bei energiereichen Bremsungen, bei welchen die Bremsscheibe hoch beansprucht wird und entsprechend starke Temperaturänderungen erfährt, zum Abplatzen von dem Tragkörper.Such a brake disc with a metallic support body is known from WO 91/10840. According to this document, one should Gray cast iron existing support body in the area of the friction ring surfaces for example by accelerated cooling after the casting process have a hardened surface zone, the depth of which is 1-1.5 mm amount and have a cementite, pearlite or martensite structure can. Then on this hardened surface by Atomic spray process, d. H. atomizing a melt by means of a inert high pressure gas, or a friction welding process a thin Layer of a material of very great hardness and Wear resistance are applied, the thickness of this layer should be in the range of 75-100 µm. The melt and that material to be welded should essentially be aluminum oxide contain what is attributable to the ceramic materials. The applyable layer is much thinner than that Wear resistance with previous brake discs, which is about 5-10 mm amounts to; there can therefore be no optimal service life of this kind coated brake discs, as they have been in one of the previous usual thickness of wear corresponding coating thickness would be achieved. The methods of applying the coating are also very expensive and complex. In the atomic spray process also the difficulty of the ceramic particles in the Keep melt base material in a uniform distribution because there are very large differences in density between these materials, which to settle with accordingly over time changing spray material compositions with corresponding, unwanted coating material composition change lead can. Finally, coatings applied in this way tend to high-energy braking, where the brake disc is high is claimed and correspondingly strong temperature changes experiences to flake off the support body.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bremsscheibe der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln derart auszubilden, daß sie auch für energiereiche Bremsungen geeignet ist, zudem einfach herstellbar ist und eine zum Erreichen optimal hoher Standzeiten geeignete Gestaltung erlaubt.It is an object of the invention to provide a brake disc mentioned type with simple means so that they too is suitable for high-energy braking, also easy to manufacture and is suitable for achieving optimally long service lives Design allowed.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schicht aus mikro- oder makroskopisch aufgegliederten Bereichen aus wenigstens zwei unterschiedlichen Werkstoffen gebildet ist, wobei die Bereiche des einen Werkstoffes aus einem zumindest annähernd reinen Keramikwerkstoff und die Bereiche des bzw. der anderen Werkstoffes bzw. Werkstoffe aus einem Metall-, Metallsinter- oder Metallkeramiksinter-Werkstoff bestehen.This object is achieved according to the invention in that the Layer made up of microscopically or macroscopically structured areas at least two different materials are formed, wherein the areas of a material from at least approximately pure ceramic material and the areas of the other Material or materials from a metal, metal sintered or Metal ceramic sintered material exist.

Weitere, für eine derartige Bremsscheibe vorteilhafte und/oder zweckmäßige Ausbildungsmöglichkeiten nach der weiteren Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further, advantageous for such a brake disc and / or expedient training opportunities according to the further invention are specified in the subclaims.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für nach der Erfindung ausgebildete Bremsscheiben dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing are exemplary embodiments for according to the invention trained brake discs shown, showing

Fig. 1 ein Schnittbild durch eine das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Bremsscheiben zeigende Bremsscheibe, und Fig. 1 is a sectional view through a brake disc showing the basic principle of the brake discs according to the invention, and

Fig. 2 bis 12 Teilschnittbilder unterschiedlich ausgebildeter Bremsscheiben in unterschiedlichen Maßstäben. Fig. 2 to 12 partial sectional images of differently designed brake discs on different scales.

Die Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine Bremsscheibe mit einem Tragkörper 1, der vorzugsweise aus einem üblichen Stahl-, Gußeisen- oder Aluminiumwerkstoff besteht; als Gußeisen kann insbesondere Grauguß oder Gußeisen mit Kugelgraphit vorgesehen sein. Der Tragkörper 1 weist zwei axial versetzte Ringabschnitte 2 auf, die durch radiale Ventilationsrippen 3 miteinander verbunden sind. Die Ventilationsrippen können abweichend auch als Rundstege ausgebildet sein, welche die Ringabschnitte verbinden. Die Ventilationsrippen 3 sind nach radialinnen zu Haltestegen 4 verlängert, die mittels nur strichpunktiert angedeuteter Verschraubungen 5 mit einem nicht dargestellten Nabenkörper verbunden sind. Der Tragkörper 1 weist somit die typische Form einer innenbelüfteten Achsbremsscheibe eines Schienenfahrzeuges auf. Außenseitig ist auf die Ringabschnitte 2 je eine ringförmige Schicht 6 aufgebracht, welche in später genauer zu erläuternder Weise aus mikro- oder makroskopisch aufgegliederten Bereichen aus wenigstens zwei unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind, wobei die Bereiche des einen Werkstoffes aus einem zumindest annähernd reinen Keramikwerkstoff und die Bereiche des bzw. der anderen Werkstoffes bzw. Werkstoffe aus einem Metall-, Metallsinter- oder Metallkeramiksinter-Werkstoff bestehen. Der Keramikwerkstoff bzw. -stoffanteil weist vorzugsweise Siliziumkarbid (SiC) auf, im Metallkeramiksinterwerkstoff beträgt dessen Anteil bevorzugt mehr als 10%. Außenseitig, dem Ringabschnitt 2 abgewandt, tragen die Schichten 6 je eine Ringfläche, welche Reibringflächen 7 bilden, an welche Bremsbacken 8 der Scheibenbremse anpreßbar sind; in Fig. 1 ist nur die linksseitige Bremsbacke 8 teilweise dargestellt. Die axiale Stärke s bzw. Dicke der Schichten 6 übersteigt jeweils geringfügig die übliche Verschleißstärke je Reibringfläche einer üblichen Bremsscheibe oder ist dieser gleich, die Stärke s liegt vorzugsweise im Bereich zwischen ca. 5 bis 10 mm. Die Dicken- bzw. Stärkenkorrelation der Ringabschnitte 2 und Schichten 6 ist zweckmäßig auch beanspruchungsabhängig, insbesondere in Abhängigkeit von auftretenden Flieh-, Zuspann- und aus dem Bremsmoment resultierenden Schubkräften, zu bestimmen. Fig. 1 shows an axial section through a brake disc with a support body 1 , which preferably consists of a conventional steel, cast iron or aluminum material; cast iron, in particular gray cast iron or spheroidal graphite cast iron, can be provided. The support body 1 has two axially offset ring sections 2 , which are connected to one another by radial ventilation ribs 3 . Deviatingly, the ventilation ribs can also be designed as round webs which connect the ring sections. The ventilation ribs 3 are extended radially inside to retaining webs 4 , which are connected to a hub body (not shown) by means of screw connections 5 , which are only indicated by dash-dotted lines. The support body 1 thus has the typical shape of an internally ventilated axle brake disc of a rail vehicle. On the outside, an annular layer 6 is applied to the ring sections 2 , which are formed in a manner to be explained in more detail later from micro- or macroscopically broken down areas made of at least two different materials, the areas of the one material made of an at least approximately pure ceramic material and the areas of the other material or materials consist of a metal, metal sintered or metal ceramic sintered material. The ceramic material or material content preferably has silicon carbide (SiC), in the metal ceramic sintered material the content is preferably more than 10%. On the outside, facing away from the ring section 2 , the layers 6 each have an annular surface, which form friction ring surfaces 7 , to which brake shoes 8 of the disk brake can be pressed; only the left-hand brake shoe 8 is partially shown in FIG. 1. The axial thickness s or thickness of the layers 6 in each case slightly exceeds the usual wear resistance per friction ring surface of a conventional brake disk or is the same, the thickness s is preferably in the range between approximately 5 to 10 mm. The thickness or thickness correlation of the ring sections 2 and layers 6 is also expediently determined as a function of the load, in particular as a function of the centrifugal, application and thrust forces resulting from the braking torque.

Die Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus Fig. 1, es sind entsprechende Bezugszahlen eingetragen. Die Schicht 6 besteht bei der Ausführungsform nach Fig. 2 aus einem offenporigen Keramikschwamm, dessen Poren mit einem Metall ausgefüllt sind. Offenporige Keramikschwämme sind bekannt, sie werden zu verschiedenen Zwecken, beispielsweise als Gußfilter genutzt, sie können aus irgendwelchen, geeigneten Keramikwerkstoffen, bevorzugt aus Siliziumkarbid der Formel SiC bestehen, ihre Vorteile sind insbesondere die hohe Temperaturbeständigkeit bis über 1500°C, ihre extrem hohe Verschleißfestigkeit und die geringe Streuung ihrer Reibwerte über große Temperaturbereiche. Die offenporige Keramikschwammstruktur bewirkt ihrerseits in dem von ihr durchsetzten Metall eine kontrollierte Rißstruktur bis zu einer definierten und beeinflußbaren Tiefe. Die Porengröße des Keramikschwammes kann relativ groß, bis in den Bereich des Abstandsmaßes von Haarrissen in einer keramikfreien Eisengußscheibenoberfläche von ca. 5-10 mm gewählt werden. FIG. 2 shows a section of FIG. 1 on an enlarged scale, corresponding reference numbers are entered. The layer 6 in the embodiment according to FIG. 2 consists of an open-pored ceramic sponge, the pores of which are filled with a metal. Open-pore ceramic sponges are known, they are used for various purposes, for example as cast filters, they can consist of any suitable ceramic materials, preferably silicon carbide of the formula SiC, their advantages are in particular the high temperature resistance up to over 1500 ° C, their extremely high wear resistance and the low dispersion of their friction values over large temperature ranges. The open-pored ceramic sponge structure in turn creates a controlled crack structure in the metal it penetrates down to a defined and controllable depth. The pore size of the ceramic sponge can be selected to be relatively large, up to the range of the spacing of hairline cracks in a ceramic-free cast iron disc surface of approximately 5-10 mm.

Die Metallfüllung des Keramikschwammes der Schicht 6 nach Fig. 2 dient der Wärmeableitung von der Reibringfläche 7 zum Ringabschnitt 7 und damit dem Tragkörper 1, aber auch der Wärmespeicherung und der Stabilisierung des Keramikschwammes, der alleine sehr spröde und damit bruchgefährdet wäre. Die Metallfüllung kann aus dem gleichen Metall bestehen, welches den Tragkörper 1 bildet: Es kann insbesondere wie üblich ein Stahl-, Gußeisen-, vorzugsweise Kugelgraphit aufweisender Gußeisen-, ein Grauguß- oder ein Aluminium-Werkstoff sein gemäß den Bezeichnungen St, GG, GGG, Al. The metal filling of the ceramic sponge of the layer 6 according to FIG. 2 serves to dissipate heat from the friction ring surface 7 to the ring section 7 and thus to the support body 1 , but also to store heat and stabilize the ceramic sponge, which alone would be very brittle and therefore prone to breakage. The metal filling can consist of the same metal that forms the supporting body 1 : it can in particular, as usual, be a steel, cast iron, preferably spheroidal graphite cast iron, a gray cast iron or an aluminum material according to the designations St, GG, GGG , Al.

Die Herstellung der Bremsscheibe ist hierbei besonders einfach: In eine um die Stärke der Schichten 6 erweiterte Gießform für den Tragkörper 1 werden vor dem Gießvorgang je Reibringfläche ein aus offenporigem Keramikschwamm gebildeter, ein- oder mehrteiliger Ringkörper eingelegt, dessen Poren sich beim Gießvorgang des Tragkörpers 1 mit dessen Metall füllen.The manufacture of the brake disc is particularly simple here: in a casting mold for the supporting body 1, which is expanded by the thickness of the layers 6 , a one-part or multi-part annular body formed from open-pored ceramic sponge is inserted before the casting process, the pores of which are formed during the casting process of the supporting body 1 fill with its metal.

Es ist jedoch auch möglich, für die Metallfüllung des Keramikschwammes einen anderen Metallwerkstoff als für den Tragkörper 1 vorzusehen, beispielsweise einen Metallwerkstoff mit besserer Wärmeleitfähigkeit durch beispielsweise einen Kupferanteil, mit besserer Wärmebeständigkeit oder besserem Reib- bzw. Verschweißverhalten. Zur Fertigung einer derartigen Bremsscheibe ist in die wie vorstehend erläutert erweiterte Gießform für den Tragkörper 1 je Reibringfläche ein Ringkörper aus metallgefülltem Keramikschwamm einzulegen, der beim nachfolgenden Gießvorgang des Tragkörpers 1 in diesen eingegossen wird.However, it is also possible to provide a different metal material for the metal filling of the ceramic sponge than for the support body 1 , for example a metal material with better thermal conductivity due to, for example, a copper content, with better heat resistance or better friction or welding behavior. In order to manufacture such a brake disc, an annular body made of metal-filled ceramic sponge is to be inserted into the mold for the support body 1 for each friction ring surface, as explained above, which is poured into the support body 1 during the subsequent casting process.

Bei mehrteiliger Ausbildung der Keramikschwamm-Ringkörper sind dessen Teile möglichst gleichartig auszubilden.In the case of a multi-part design, the ceramic sponge ring bodies are train its parts as similarly as possible.

Abweichend zu diesen Ausführungsformen können der Tragkörper und die Schicht auch aus dem gleichen Werkstoff gefertigt sein, insbesondere können beide aus einem offenporigen Keramikschwamm mit Metallfüllung bestehen. Eine derartige Bremsscheibe kann insbesondere unbelüftet ausgebildet sein, ihr Schnittbild wäre durchgehend mit dem in Fig. 2 für die Schicht 6 dargestellten Werkstoff auszufüllen. Solche Bremsscheiben sind für besonders hohe Temperaturen geeignet, ihr Durchmesser sollte relativ klein gehalten werden.In a departure from these embodiments, the support body and the layer can also be made of the same material, in particular both can consist of an open-pore ceramic sponge with a metal filling. Such a brake disc can in particular be non-ventilated, its sectional view would have to be filled in continuously with the material shown for layer 6 in FIG. 2. Such brake discs are suitable for particularly high temperatures, their diameter should be kept relatively small.

Gemäß der eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1 zeigenden Fig. 3 kann die Schicht 6 aus einer Metallsinterschicht mit eingelagerten Keramikpartikeln bestehen, die vorzugsweise auf den Tragkörper 1 aufgesintert ist. Dabei ist wesentlich, daß im vor dem Sintervorgang auf die Ringabschnitte 2 aufzubringenden Sinterpulver keine durch Dichteunterschiede der einzelnen Materialien bedingte Entmischungsvorgänge zu befürchten sind, es kann also ohne Schwierigkeiten eine Sintermetallschicht durchgehend gleicher Zusammensetzung erzielt werden. Natürlich ist es auch möglich, vorgefertigte Sintermetallschichtringe mit eingelagerten Keramikpartikeln in den Tragkörper 1 einzugießen. Je nach Korngröße des Sinterpulvers ist eine mikro- oder makroskopische Materialverteilung in der Schicht 6 erzielbar.According to FIG. 3, which shows a representation similar to that of FIG. 1, the layer 6 can consist of a metal sintered layer with embedded ceramic particles, which is preferably sintered onto the support body 1 . It is essential that in the sintered powder to be applied to the ring sections 2 prior to the sintering process, there is no fear of segregation processes due to differences in density of the individual materials, so that a sintered metal layer having the same composition can be achieved without difficulty. Of course, it is also possible to pour prefabricated sintered metal layer rings with embedded ceramic particles into the supporting body 1 . Depending on the grain size of the sintered powder, a microscopic or macroscopic material distribution in layer 6 can be achieved.

Abweichend zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Schicht 6 ihre ganze, axiale Stärke mit im wesentlichen gleichbleibendem Querschnitt durchsetzende, in Aufsicht in zumindest annähernd regelmäßiger Anordnung verteilt angeordnete, erste Abschnitte aus dem Keramikwerkstoff und zwischen diesen und an diese angrenzend zweite Abschnitte 12 aus dem Metall-, Metallsinter- oder dem Metallkeramiksinter-Werkstoff aufweisen, wie die weiteren Fig. 4 bis 12 zeigen.In a departure from the exemplary embodiments described above, the layer 6 can have its entire axial thickness with a substantially constant cross-section, arranged under supervision in an at least approximately regular arrangement distributed first sections made of the ceramic material and between these and adjacent to them second sections 12 made of metal - Have, metal sintered or the metal ceramic sintered material, as the further FIGS. 4 to 12 show.

Die Fig. 4 zeigt einen Axialteilschnitt durch eine unbelüftete Bremsscheibe mit einem scheibenartigen Tragkörper 1 , der beidseitig mit je einer Schicht 6 versehen ist. Die Fig. 5 zeigt eine Teilaufsicht auf eine teilweise in ihrem Schichtbereich zur Darstellung dessen Struktur aufgeschnittene Bremsscheibe. Die Schichten 6 bestehen gemäß Fig. 4 und 5 aus ersten Abschnitten aus Keramikwerkstoff, welche als Sechseck-Wabenstruktur 9 die ganze axiale Stärke der Schichten 6 durchsetzen, die Keramik-Wandungen der Wabenstruktur 9 stehen rechtwinklig auf der Oberfläche des scheibenartigen Tragkörpers 1 auf. Selbstverständlich kann anstelle der Sechseck-Wabenstruktur auch eine andere Struktur, beispielsweise aus Dreiecken, in Form von aneinander anschließenden Zylindern gemäß Fig. 7 oder in anderweitiger Form gewählt werden. Es ist auch möglich, die Waben-, Sechseck-, Dreieck- oder Zylinderstruktur wie aus Fig. 8 und 9 ersichtlich aufzulösen, derart, daß die Einzeldreiecke, -sechsecke oder -zylinder 9′ sich im Abstand zueinander befinden und durch geradlinig verlaufende Wandungsabschnitte 9′′ aus dem Keramikmaterial miteinander verbunden sind. Die Strukturgebilde dieser ersten Abschnitte sind in einfacher Weise als gegebenenfalls unterteilte Ringkörper aus dem Keramikwerkstoff herstellbar. Die Querschnittsflächen der zweiten, sich innerhalb und außerhalb der Dreiecke, Sechsecke bzw. Zylinder 9′ befindenden Abschnitte sind wenigstens annähernd gleichgroß zu wählen. Gemäß Fig. 10 kann der erste Abschnitt auch aus im Abstand voneinander angeordneten Stiften 9′′′ aus Keramikmaterial bestehen. Die Maschenweite a (Fig. 5) des ersten Abschnittes, d. h. der Abstand zwischen zwei einander gegenüberstehenden, ersten Abschnitten, entspricht zweckmäßigerweise annähernd dem Abstand von Haarrissen in einer Reibringfläche aus einem keramikfreien Metallgußwerkstoff, sie bzw. er kann im Bereich von ca. 5-10 mm liegen. Bei dieser Maschenweite ist die Ausbildung von (Haar-)Rissen in der Schicht 6 und deren Reibringfläche begrenz- oder auch ganz unterdrückbar. Die so gebildeten Freiräume im ersten Abschnitt sind durch den Werkstoff des zweiten Abschnittes 12, also mit einem Metall-, Metallsinter- oder Metallkeramiksinter-Werkstoff ausgefüllt, das Ausfüllen kann werkstoffgerecht durch Gießen beim Metallwerkstoff oder Sintern bei den anderen Werkstoffen erfolgen. Bei der Ausführung nach Fig. 4 kann ein Aufgießen oder -sintern auf den Tragkörper 1′ erfolgen, wobei zuvor die ein- oder mehrteilig ausgebildete Struktur des ersten Bereiches aufzulegen ist; auch ist ein Eingießen der fertigen Schichten 6 wie vorstehend bereits beschrieben möglich. Bei der Ausführung nach Fig. 6, bei welcher der Werkstoff des Tragkörpers 1′ gleich dem Werkstoff des zweiten Abschnittes 12 ist, kann wie vorstehend zum Keramikschwamm bereits beschrieben die den ersten Abschnitt bildende, ein- oder mehrteilige Struktur, beispielsweise Sechseck-Wabenstruktur 9, in die Gießform eingelegt und beim Gießen des Tragkörpers 1′ mit dessen Metall ausgefüllt werden. Abschließend kann erforderlichenfalls bei jeder Ausführung ein Fertigschleifen der Reibringflächen 7 erfolgen. FIG. 4 shows a fragmentary axial section through a non-ventilated brake disk with a disk-like supporting body 1 which is provided on both sides with a layer 6. The Fig. 5 is a partial plan view of a part in its layer area to depict the structure of which cut the brake disc. According to FIGS. 4 and 5, the layers 6 consist of first sections made of ceramic material, which, as a hexagonal honeycomb structure 9, impose the entire axial thickness of the layers 6 ; the ceramic walls of the honeycomb structure 9 are perpendicular to the surface of the disk-like support body 1 . Of course, instead of the hexagonal honeycomb structure, another structure, for example consisting of triangles, in the form of adjoining cylinders according to FIG. 7 or in another form can be selected. It is also possible to dissolve the honeycomb, hexagon, triangle or cylinder structure as shown in FIGS. 8 and 9, such that the individual triangles, hexagons or cylinders 9 ' are at a distance from each other and by rectilinear wall sections 9th '' Are interconnected from the ceramic material. The structural structures of these first sections can be produced in a simple manner from the ceramic material as optionally subdivided ring bodies. The cross-sectional areas of the second, located inside and outside the triangles, hexagons or cylinders 9 'sections are to be selected at least approximately the same size. Referring to FIG. 10, the first portion may also consist of spaced-apart pins 9 '''of a ceramic material. The mesh size a ( FIG. 5) of the first section, ie the distance between two mutually opposing first sections, expediently corresponds approximately to the distance from hairline cracks in a friction ring surface made of a ceramic-free metal casting material, it or it can be in the range of approx. 5- 10 mm. With this mesh size, the formation of (hair) cracks in the layer 6 and its friction ring surface can be limited or even completely suppressed. The free spaces thus formed in the first section are filled with the material of the second section 12 , that is to say with a metal, metal sintered or metal ceramic sintered material, and the filling can be carried out according to the material by casting in the metal material or sintering in the other materials. In the embodiment according to FIG. 4, pouring or sintering onto the supporting body 1 'can take place, the structure of the first region being formed in one or more parts beforehand; it is also possible to pour in the finished layers 6 as already described above. In the embodiment of Fig. 6, wherein the material of the supporting body 1 'is equal to the material of the second portion 12 can structure as already described above to the ceramic sponge, the first portion forming, one or more parts, for example hexagonal honeycomb structure 9, inserted into the mold and filled with the metal when casting the support body 1 '. Finally, if necessary, the friction ring surfaces 7 can be finish-ground in each execution.

Vorgefertigte Schichten 6 können auch in anderer, geeigneter Weise, beispielsweise (Sinter- oder Reib-)Schweißung auf den Tragkörper aufgebracht werden, es sind hierbei jedoch die Gefahren eines Abplatzens, Abreißens oder Abschmelzens bei hohen Bremsleistungen zu berücksichtigen.Prefabricated layers 6 can also be applied to the supporting body in a different, suitable manner, for example (sintered or friction) welding, but the dangers of chipping, tearing off or melting off at high braking powers must be taken into account here.

Der Metallsinter- bzw. Metallkeramiksinter-Werkstoff kann zur verbesserten Wärmeleitung wie vorstehend zum Metallwerkstoff bereits beschrieben mit einem Anteil eines gut wärmeleitenden Werkstoffes, wie beispielsweise einem Metall, insbesondere Kupfer, versehen werden, um Überhitzungen in den Reibringflächen zu vermeiden.The metal sinter or metal ceramic sintered material can improved heat conduction to metal material as above described with a proportion of a good heat-conducting material, such as a metal, especially copper to avoid overheating in the friction ring surfaces.

Die erfindungsgemäßen Schichten sind nicht nur bei beidseitig beaufschlagbaren Bremsscheiben, wie allgemein üblich den Achsbremsscheiben, sondern auch bei einseitig beaufschlagbaren Bremsscheiben, wie es bei Radbremsscheiben von Schienenfahrzeugen üblich ist, anwendbar.The layers according to the invention are not only on both sides pressurized brake discs, as is common practice Axle brake discs, but also when one-sided Brake discs, as is the case with wheel brake discs of rail vehicles is common, applicable.

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist eine Abwandlung möglich, wie sie in den Fig. 11 und 12 in Abwandlung zur Fig. 5 verdeutlicht ist: Der Tragkörper 1′′ ist gemäß Fig. 11 und 12 je Schicht 6 mit einer Ringnut versehen, so daß die sich in dieser Ringnut befindende Schicht 6 radialinnen und radialaußen an je einen Ringsteg 10 bzw. 11 des Tragkörpers 1′′ anschließt. Durch diese Ausbildung kann die Stabilität der Halterung der Schicht 6 verbessert werden und auf dem Tragkörper 1′′ erfolgende Aufgieß- und Aufsintervorgänge werden erleichtert, zudem kann in jedem Fall die Unwucht der Bremsscheibe bereits vor einem evtl. erforderlichen Auswuchten relativ niedrig gehalten werden.In all of the above-described embodiments, a modification is possible, as is illustrated in FIGS. 11 and 12 in a modification of FIG. 5: The support body 1 '' is provided according to FIGS. 11 and 12 per layer 6 with an annular groove, so that the layer 6 located in this annular groove radially inside and radially outside is connected to an annular web 10 or 11 of the supporting body 1 ''. With this design, the stability of the holder of the layer 6 can be improved and the pouring and sintering processes that take place on the support body 1 '' are facilitated, and in any case the unbalance of the brake disc can be kept relatively low before any balancing that may be required.

Die nach der Erfindung ausgebildeten Bremsscheiben können somit mit im wesentlichen folgenden, vorteilhaften Eigenschaften ausgebildet werden:The brake discs designed according to the invention can thus essentially developed the following advantageous properties become:

- High temperature resistance up to close to the melting point of the metals used for the support body 1 , 1 ' , 1'' or in layer 6 ;
- These metals can be different;
- Good heat dissipation from the friction ring surface 7 to the inside of the brake disc;
- at most small fluctuations in the coefficient of friction;
- greatly reduced tendency to crack, especially outside of layer 6 ;
- no shrinkage due to plasticization in the ring surface 7 ;
- Low friction ring deformations, since at most low tensile stresses can build up in the friction ring surface 7 ;
- so that no distortions or permanent deformations in the area of the friction ring or the friction ring surface 7 ;
- Little wear with normal wear, so very much high usage times;
- simple, cheap manufacturing options.

Short version:

Die Bremsscheibe für Scheibenbremsen weist einen metallischen Tragkörper (1) auf, welcher je Reibringfläche (7) mit einer Schicht (6) versehen ist, die aus mikro- oder makroskopisch aufgegliederten Bereichen aus wenigstens zwei unterschiedlichen Werkstoffen gebildet ist: Die Bereiche des einen Werkstoffes bestehen aus einem zumindest annähernd reinen Keramikwerkstoff und der bzw. die Bereiche des bzw. der anderen Werkstoffe aus einem Metall-, Metallsinter- oder einem Metallkeramiksinter-Werkstoff. Besonders vorteilhaft kann die Schicht (6) aus einem offenporigen Keramikschwamm gebildet sein, dessen Poren mit dem anderen Werkstoff ausgefüllt sind, oder der eine Werkstoff kann in einer regelmäßigen Struktur, z. B. Wabenstruktur angeordnet sein, wobei der andere Werkstoff die Freiräume der Struktur ausfüllt.The brake disc for disc brakes has a metallic support body ( 1 ), which is provided with a layer ( 6 ) for each friction ring surface ( 7 ), which is formed from microscopically or macroscopically broken down areas from at least two different materials: the areas of one material consist of an at least approximately pure ceramic material and the area or areas of the other material or materials made of a metal, metal sintered or a metal ceramic sintered material. The layer ( 6 ) can be formed particularly advantageously from an open-pored ceramic sponge, the pores of which are filled with the other material, or the one material can have a regular structure, eg. B. honeycomb structure, the other material filling the free spaces of the structure.

Die Bremsscheibe ist insbesondere als Wellen- oder Achsbremsscheibe von Schienenfahrzeugen verwendbar.The brake disc is in particular as a shaft or axle brake disc usable by rail vehicles.

BezugszeichenlisteReference list

1, 1′, 1′′ Tragkörper
2 Ringabschnitt
3 Ventilationsrippe
4 Haltesteg
5 Verschraubung
6 Schicht
7 Reibringfläche
8 Bremsbacke
9 Sechseck-Wabenstruktur
9′ Einzelzylinder
9′′ Wandungsabschnitt
9′′′ Stift
10 Ringsteg
11 Ringsteg
12 zweiter Abschnitt
a Stärke
s Maschenweite. 1 , 1 ' , 1'' supporting body
2 ring section
3 ventilation rib
4 footbridge
5 screw connection
6 layer
7 friction ring surface
8 brake shoe
9 hexagonal honeycomb structure
9 ′ single cylinder
9 '' wall section
9 ′ ′ ′ pen
10 ring bridge
11 ring bridge
12 second section
a strength
s mesh size.

Claims

1. Brake disc for disc brakes, in particular axle or wheel brake disc of rail vehicles, with an annular support body ( 1 , 1 ', 1 ''), on which one or both sides is a ceramic material having an annular layer ( 6 ), the outer The annular surface forms a friction ring surface ( 7 ) for at least one brake shoe ( 8 ), characterized in that the layer ( 6 ) is made up of microscopically or macroscopically structured regions made of at least two different materials, the regions of the one material being made of at least approximately pure Ceramic material and the areas of the other material or materials consist of a metal, metal sintered or metal ceramic sintered material.

2. Brake disc according to claim 1, characterized in that the supporting body ( 1 , 1 ', 1 '') consists of a metallic material.

3. Brake disc according to claim 1 and 2, characterized in that the axial thickness (s) of the layer ( 6 ) corresponds at least to the wear strength of the brake disc per friction ring surface ( 7 ).

4. Brake disc according to claim 3, characterized in that the axial thickness (s) of the layer ( 6 ) is in the range of about 5 to 10 mm.

5. Brake disc according to claim 1, 2 and 3 or 4, characterized in that the layer ( 6 ) consists of an open-pore ceramic sponge with a metal filling ( Fig. 2).

6. Brake disc according to claim 5, characterized in that the support body ( 1 ) and the metal filling consist of the same metal material.

7. A method for producing a brake disc according to claim 6, characterized in that in a by the thickness of the layer ( 6 ) expanded mold for the support body ( 1 ) before the casting process for each friction ring surface ( 7 ) formed from an open-pore ceramic sponge ring body ( 6 ) is inserted, which fills with the metal during the casting process of the supporting body ( 1 ).

8. A method of manufacturing a brake disc according to claim 5 or 6, characterized is that inserted an annular body made of metal filled ceramic sponge in an expanded by the thickness of the layer (6) casting mold for the support body (1) before the casting process per friction ring surface (7) which is poured into the support body ( 1 ) during the casting process.

9. A method for producing a brake disc according to claim 7 or 8, characterized in that the annular body made of ceramic sponge several, preferably of the same design Ceramic sponge parts is assembled.

10. Brake disc according to claim 1, characterized in that the Support body and the layer consist of the same material.

11. Brake disc according to claim 10, characterized in that the Carrying body and the layer of an open-pored ceramic sponge with Metal filling exist.

12. Brake disc according to claim 1, 2 and 3 or 4, characterized in that the layer ( 6 ) consists of a metal sintered layer with embedded ceramic particles ( Fig. 3).

13. Brake disc according to claim 12, characterized in that the metal sintered layer is sintered onto the support body ( 1 ).

14. Brake disc according to claim 1, 2 and 3 or 4, characterized in that the layer ( 6 ) its entire, axial thickness (s) with a substantially constant cross-section penetrating, arranged in supervision in at least approximately regular arrangement, arranged first sections the ceramic material and between these and adjacent to them second sections ( 12 ) made of the metal, metal sintered or the metal ceramic sintered material ( Fig. 5, 7-10, 12).

15. Brake disc according to claim 14, characterized in that the first sections a mesh size (a), d. H. a distance between two opposing first sections have approximately the distance from hairline cracks in one Corresponding friction ring surface made of a ceramic-free metal casting material.

16. Brake disc according to claim 15, characterized in that the Mesh size (a) is approx. 5 to 10 mm.

17. Brake disc according to claim 14, 15 or 16, characterized in that the first section is formed in a honeycomb structure ( Fig. 5, 7-9, 12).

18. Brake disc according to claim 17, characterized in that the honeycomb structure is formed from triangles or hexagons ( 9 ) ( Fig. 5, 12).

19. Brake disc according to claim 17, characterized in that the honeycomb structure is formed from cylinders ( Fig. 7-9).

20. Brake disc according to claim 18 or 19, characterized in that the triangles or hexagons or cylinders adjoin each other ( Fig. 5, 7, 12).

21. Brake disc according to claim 18 or 19, characterized in that the triangles or hexagons or cylinders ( 9 ') are at a distance from one another and are connected to one another by rectilinear wall sections ( 9 '') ( Fig. 8, 9) .

22. Brake disc according to claim 21, characterized in that the cross-sectional areas of the second, inside and outside the triangles or hexagons or cylinders sections ( 12 ) are at least approximately the same size.

23. Brake disc according to claim 14, 15 or 16, characterized in that the first section consists of spaced pins ( 9 ''') ( Fig. 10).

24. Brake disc according to one or more of the preceding claims 14 to 23, characterized in that the first section is cast in the support body ( 1 ') ( Fig. 6).

25. A method for producing a brake disc according to claim 24, characterized in that in a mold for the support body ( 1 ') before the casting process, each friction ring surface ( 7 ), designed as a one-part or multi-part ring body, inserted the first section and during the casting process to form of the second section ( 12 ) is poured out with the metal material.

26. Brake disc according to one or more of the preceding claims 1 to 9 and 12 to 25, characterized in that the annular layer ( 6 ) is in an annular groove of the support body ( 1 ''), such that they are radially outer and radially inside each an annular web ( 10 , 11 ) of the support body ( 1 '') connects ( Fig. 11, 12).

27. A method for producing a brake disc according to claims 14 and 26, characterized in that the areas made of the other material consist of a metal sintered or metal-ceramic sintered material and that in the annular groove of the support body ( 1 '') one forming the first sections Structure inserted, the spaces between which are filled with the unsintered, powdered metal sintered or metal-ceramic sintered material and then sintered and, if necessary, finally ground.

28. Brake disc according to one or more of the preceding claims 1 to 9 and 12 to 27, characterized in that the supporting body ( 1 , 1 ', 1 '') made of a conventional steel, cast iron, in particular optionally containing nodular cast iron or an aluminum material.

29. Brake disc according to one or more of the preceding claims 1 to 9 and 12 to 28, characterized in that when used of a sintered material as another material this one share made of good heat-conducting metal, especially copper.

30. Brake disc according to one or more of the above Claims, characterized in that the ceramic material and / or the ceramic portion of the metal ceramic sintered material more than 10% Contains silicon carbide.