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Die
Erfindung betrifft eine Radanordnung mit einer Radscheibe zum Aufstecken
auf eine Welle oder eine Achse eines Fahrzeugs.
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Eine
solche Radanordnung ist beispielsweise aus der
DE 31 14 995 A1 bereits
bekannt. Die dort gezeigte Radanordnung weist eine Radscheibe sowie
zwei beidseitig der Radscheibe angeordnete Bremsscheiben auf. Die
Bremsscheiben sind durch Schrauben miteinander verbunden, die mit
relativ weitem Spiel Buchsen durchgreifen, die in Durchgangsbohrungen
der Radscheibe eingesetzt sind. Durch zusätzliche konstruktive Maßnahmen
ist eine radiale Ausdehnung der Bremsscheiben der Radscheibe ermöglicht.
Dies ist insbesondere bei hohen Bremsleistungen mit einer hohen
Reibwärme
im Gefolge erforderlich.
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Aus
der
DE 44 12 999 A1 ist
eine Torsionsdämpfungseinrichtung
in einer Kupplungsscheibe bekannt, die zum Ausgleich periodischer
Drehmomentschwankungen vorgesehen ist.
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Die
DE 11 79 239 B beschreibt
eine Radanordnung mit einer Bremsscheibe, die mittels eines Blechrings
an einem Schienenfahrzeugrad befestigt ist. Hierzu ist der Blechring
in die aus Grauguss gefertigte Bremsscheibe eingegossen und an seinem anderen
Ende mit dem Schienenfahrzeugrad verschweißt. Der Blechring nimmt die
beim Bremsen entstehenden unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen Bremsscheibe
und Schienenfahrzeugrad auf.
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Die
DE 11 57 250 C betrifft
ein gefedertes Schienenrad mit einer Bremsscheibe, wobei zwischen
Bremsscheibe und Schienenrad Gummiblöcke verklemmt sind.
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Auch
bei Antriebswellen schienengebundener Fahrzeuge können periodische
Drehmomentschwankungen beobachtet werden. Solche Drehmomentschwankungen
sind unerwünscht
und führen
in der Regel zu Beschädigungen
der Antriebswelle. Zum Ausgleich der Drehmomentschwankungen bieten
sich marktübliche
Torsionsdämpfer
(
DE 80 29 593 U1 )
an. Der Einbau eines solchen Torsionsdämpfers ist jedoch aufgrund
des insbesondere durch raumgreifende Bremsmittel verursachten begrenzten Bauraums
erschwert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Radanordnung der eingangs genannten
Art bereitzustellen, mit der auch bei geringen vorgegebenen Bauräumen Drehmomentschwankungen
ausgeglichen werden können.
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Die
Erfindung löst
die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist die
Bremsscheibe nicht drehfest, sondern drehelastisch oder mit anderen Worten
torsionselastisch mit der Radscheibe verbunden. Durch diese drehelastische
Lagerung wirkt die Bremsscheibe selbst als Tilgermasse, so dass
periodische Drehmomentschwankungen ohne einen zusätzlichen
Schwingungstilger kompensierbar sind. Dabei ist die erfindungsgemäße Radanordnung
auf übliche
Weise mit der Antriebswelle eines schienengebundenen Fahrzeugs verbindbar.
Die Kennlinie der Federmittel ist zweckmäßigerweise auf die Eigenfrequenzen
eines Radsatzes ausgelegt, an dem die Radanordnung befestigt ist.
Dabei besteht der Radsatz beispielsweise aus zwei schienengeführten Radscheiben,
die mittels einer Antriebswelle und/oder Achse miteinander verbunden
sind. Die Bremsscheibe kann an unterschiedlichen Stellen mit der
Radscheibe verbunden sein.
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Vorteilhafterweise
weisen die Federmittel eine Elastomerfeder auf, mittels der die
Bremsscheibe an der Radscheibe abgestützt ist. Dabei ist die Elastomerfeder
beispielsweise stoffschlüssig
und flächig
sowohl mit der Bremsscheibe als auch mit der Radscheibe verbunden,
so dass eine feste und gleichzeitig torsionselastische Verbindung
bereitgestellt ist. Vorteilhafterweise ist die Elastomerfeder ringförmig ausgebildet
und um die kreisförmige
Außenkontur
eines Nabenabschnittes herum angeordnet. Die Federmittel umfassen
bei einer davon abweichenden Weiterentwicklung neben einer Elastomerfeder
eine metallische Außen-
und Innenbuchse, wobei die Elastomerfeder fest mit der Außen- und
Innenbuchse verbunden ist. Dabei sind die Federmittel beispielsweise
im Presssitz zwischen der Bremsscheibe und der Radscheibe angeordnet.
Die Außen- und
Innenbuchse kann jedoch auch anderweitig befestigt sein. Zur Herstellung
solcher Federmittel wird die Elastomerfeder bei erhöhten Temperaturen
an die Metallteile, nämlich
an die Innen- und Außenbuchse,
anvulkanisiert. Selbstverständlich
sind auch Klebverbindungen zwischen der Innen- und Außenbuchse
und der Elastomerfeder im Rahmen der Erfindung möglich. Die Elastomerfeder kann
lediglich eine Elastomerschicht aufweisen. Abweichend hiervon kann
die Elastomerfeder jedoch auch über
mehrere verschiedene Elastomerschichten verfügen oder aber als Verbundwerkstoff
realisiert sein, der beispielsweise aus sich abwechselnden Elastomerschichten
und Metallschichten besteht.
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Zur
Fertigung einer Elastomerschicht eignet sich beispielsweise handelsüblicher,
natürlicher
oder künstlich
hergestellter Kautschuk, Silikonkautschuk oder dergleichen. Vorteilhafterweise
ist die Elastomerfeder als Schubfeder ausgebildet. Eine beispielsweise
ringförmig
ausgebildete Schubfeder ist in einer radialen Richtung weitestgehend
imkompressibel, weist also bezüglich
strahlenförmig
zum Ringmittelpunkt gerichteter Kräfte eine hohe Steifigkeit auf. Beim
Auftreten von Scherkräften,
die im Wesentlichen rechtwinklig dazu ausgerichtet sind, ist die
ringförmige
Schubfeder hingegen weichelastisch, so dass bei einer konzentrischen
Anordnung der Bremsscheibe und der Radscheibe für eine in radialer Richtung
feste Anbindung der Bremsscheibe an die Radscheibe gesorgt ist.
Im Hinblick auf Torsionsschwingungen ist jedoch eine zur Dämpfung ausreichend hohe
Elastizität
und zweckmäßige Dämpfungscharakteristik
bereitgestellt.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die Bremsscheiben durch Verbindungsmittel starr
miteinander verbunden, wobei sich die Verbindungsmittel durch in
der Radscheibe vorgesehene Durchgangsöffnungen mit Spiel erstrecken.
Mit anderen Worten ist der Innendurchmesser einer Durchgangsöffnung größer als
der Außendurchmesser
der ihr zugeordneten Außenkontur
der Verbindungsmittel, so dass für
einen ausreichend großen
Freiraum für
eine Bewegung der Verbindungsmittel in den Durchgangsöffnungen
gesorgt und eine Relativbewegung der Bremsscheiben bezüglich der
Radscheibe ermöglicht
ist. Die Anzahl der umfänglich über die
Scheibe verteilten Durchgangsöffnungen
wird im Hinblick auf die erforderliche Festigkeit der Bremsscheiben
sowie unter Berücksichtigung
zusätzlicher
konstruktiver Erfordernisse festgelegt.
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Zweckmäßigerweise
sind die einander zugewandten Anschläge in der Durchgangsöffnung ausgebildet
und weisen zum Mittelpunkt der scheibenförmigen Radscheibe den gleichen
Abstand auf. Mit anderen Worten liegen die Anschläge bezüglich des Mittelpunktes
der Radscheibe auf einem gleichen Umfangsradius. Die einander zugewandten
Anschläge,
zwischen denen die Verbindungsmittel der Bremsscheiben angeordnet
sind, dienen zur Verringerung des Spiels der Bremsscheiben bezüglich der Radscheibe,
so dass eine in die Bremsscheibe eingeleitete Bremswirkung bereits
nach kurzer Zeit in die Radscheibe und somit in die Antriebswelle
oder Achse eines beispielsweise schienengebundenen Fahrzeugs eingeleitet
wird.
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Vorteilhafterweise
umfassen die Verbindungsmittel eine Distanzhülse sowie eine sich durch die
Distanzhülse
hindurch erstreckende Schraubverbindung.
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Die
Torsionssteifigkeit der Bremsscheibe kann erhöht werden, wenn die Federmittel
wenigstens ein in der Durchgangsöffnung
angeordnetes Federkissen aufweisen. Dabei ist das Federkissen mit einem
Elastizitätsmodul
behaftet, das im Hinblick auf die geforderte Gesamtcharakteristik
der Federmittel zweckmäßig ist.
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Vorteilhafterweise
ist jedes Federkissen ein Ganzmetallkissen. Ganzmetallkissen bestehen
ausschließlich
aus metallischen Materialien und weisen eine im Vergleich zu Elastomerfedern
erhöhte
Temperatur und Wärmefestigkeit
auf, so dass eine Beschädigung
der Federkissen auch bei höheren Bremsleistungen
und dabei entstehenden Bremswärmen
vermieden ist. Die Temperaturbeständigkeit solcher Ganzmetallkissen
reicht von –90° bis +250 Celsius.
In diesem Temperaturbereich ändern
sich die physikalischen Eigenschaften und somit die Elastizität der Ganzmetallkissen
nur unwesentlich. Gleichzeitig bringen die Ganzmetallkissen einen Dämpfungsbeitrag
in das Schwingsystem ein. Ganzmetallkissen sind kommerziell beziehbar.
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Zweckmäßigerweise
weist die Bremsscheibe einen flächigen
Reibabschnitt auf, der über
einen gewellten Stegabschnitt an der Radscheibe abgestützt ist.
Durch den gewellten Stegabschnitt ist eine wärmebedingte radiale Ausdehnung
des flächigen Reibabschnitts
bezüglich
der Radscheibe ermöglicht.
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Zweckmäßigerweise
sind die Bremsscheiben im Bereich eines dünnen Steges der Radscheibe angeordnet.
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Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen
und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der
Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche
Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und
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1 ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Radanordnung 1 in
einer längsgeschnittenen
Ansicht und
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2 die
Radanordnung gemäß 1 in
einer entlang der Linie I-I gemäß 1 geschnittenen Ansicht
zeigen.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Radanordnung,
die eine Radscheibe 2 sowie zwei beidseitig der Radscheibe 2 angeordnete
Bremsscheiben 3 aufweist. Dabei sind die Bremsscheiben 3 im
Bereich eines dünnen
Steges 4 der Radscheibe 2 angeordnet, so dass
Reibflächen 5 der
Bremsscheiben 3 in etwa bündig zu Seitenfläche 6 der
Radscheibe 2 abschließen.
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Die
Radscheibe 2 weist einen Nabenabschnitt 7 auf,
mit dem die Radscheibe 2 drehfest mit einer figürlich nicht
dargestellten Antriebswelle eines Schienenfahrzeugs verbunden werden
kann. Im Fahrbetrieb liegt die Radscheibe 2 mit einer Lauffläche 8 auf
einer Schiene auf und wird aufgrund eines Spurkranzes 9 der
Radscheibe 2 durch die Schiene geführt.
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Die
Bremsscheiben 3 sind nicht starr, sondern torsionselastisch
mit der Radscheibe 2 verbunden und zu diesem Zweck über kreisringförmige Federmittel 10 an
dem Nabenabschnitt 7 der Radscheibe 2 abgestützt. Die
Federmittel 10 weisen eine metallische Außenhülse, eine
metallische Innenhülse sowie
eine an die Außen-
und Innenhülse
anvulkanisierte Elastomerfeder auf. Um in einer radialen Richtung,
also in einer Richtung vom Mittelpunkt der Radscheibe 2 zur
Lauffläche 8 hin,
eine hohe Steifigkeit, in Torsions- oder Drehrichtung der Radscheibe 2 jedoch
ein weichelastisches Verhalten bereitzustellen, ist die Elastomerfeder
aus zwei Elastomerschichten 11 zusammengesetzt, die durch
ebenfalls ringförmige
Metallschichten 12 voneinander getrennt sind. Mit anderen
Worten ist die Elastomerfeder als Verbundwerkstoff realisiert.
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Die
beidseitig der Radscheibe 2 angeordneten Scheibenbremsen 3 sind über eine
Distanzhülse 13 voneinander
beabstandet, wobei eine sich durch die Verbindungshülse 13 erstreckende
Schraubverbindung 14 die Radscheiben 3 jeweils
gegen eine Stirnseite der Distanzhülse 13 presst. Durch
die aus der Distanzhülse 13 sowie
der Schraubverbindung 14 bestehenden Verbindungsmittel
sind die Bremsscheiben 3 fest miteinander verbunden, wodurch
ein Verwölben
der Bremsscheiben 3 bei Erwärmung der Reibflächen 5 weitgehend
vermieden ist. Dabei durchragen die aus Distanzhülse 13 und Schraubverbindung 14 bestehenden
Verbindungsmittel eine in der Radscheibe 2 vorgesehene
Durchgangsöffnung 15.
Im Hinblick auf die torsionselastische Anbindung der Bremsscheibe 3 an
die Radscheibe 2 wurde auf eine passgenaue Ausfertigung
der Durchgangsöffnungen 15 bezüglich der
Distanzhülse 13 verzichtet und
der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 15 gegenüber dem
Außendurchmesser
der Distanzhülse 13 hinsichtlich
seines Durchmessers vergrößert, so
dass die Verbindungsmittel die Durchgangsöffnung 15 mit Spiel
durchgreifen. Die Bremsscheiben 3 sind somit schwimmend
an der Radscheibe 2 gelagert.
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Um
eine radiale Ausdehnung der Bremsscheibe 3 zu ermöglichen,
ist diese mittels eines gewellten Abschnittes 16 an der
Elastomerfeder 10 abgestützt.
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2 zeigt
das Ausführungsbeispiel
der Radanordnung gemäß 1 in
einer entlang der Linie I-I geschnittenen Ansicht, in der insbesondere
die Anordnung der Verbindungsmittel 13, 14 in
der Durchgangsöffnung 15 verdeutlicht
ist. Weiterhin ist erkennbar, dass in der Durchgangsöffnung 15 Anschläge 17 vorgesehen
sind, die von einer Scheibenmitte der Radscheibe 2 gleich
beabstandet sind und mit anderen Worten auf einem gleichen Umfangsradius
der scheibenförmigen
Bremsscheibe 3 liegen. Dabei sind die Anschläge 17 als
aufeinander zuweisende Vorsprünge
ausgebildet, so dass bei einer Auslenkung der Scheibenbremsen entgegen
einer wie auch immer gerichteten Drehbewegung der Radscheibe 2 das
Spiel der Bremsscheiben 3 bezüglich der Radscheibe 2 verringert
ist. Auf diese Weise kann eine Bremskraft von der Bremsscheibe 3 sicher in
die Radscheibe 2 eingeleitet werden.
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In 2 ist
weiterhin erkennbar, dass die Federmittel Ganzmetallkissen 18 aufweisen,
die um die Distanzhülse 13 herum
verteilt angeordnet sind. Durch die stauchfähigen Ganzmetallkissen 18 wird die
Torsionssteifigkeit der Federmittel erhöht und ein Dämpfungsbeitrag
hinzugefügt.
Dabei sind die aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Ganzmetallkissen 18 bis
zu Temperaturen von 250°Celsius temperaturbeständig und ändern ihre
physikalischen Eigenschaften unterhalb dieser Temperatur im Wesentlichen
nicht. Auf diese Weise sind auch über längere Zeiträume hinweg hohen Bremswärmen standhaltende
Federmittel bereitgestellt.