DE69005573T2

DE69005573T2 - Räder mit Bremsscheiben.

Info

Publication number: DE69005573T2
Application number: DE1990605573
Authority: DE
Inventors: John Adamson; John Campbell Watson
Original assignee: Sab Wabco Holdings BV
Current assignee: Sab Wabco Holdings BV
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1990-09-20
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2010-09-21
Also published as: EP0419263B1; EP0419263A1; GB8921410D0; DE69005573D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rad mit einer Bremsscheibe.
Im besonderen betrifft die vorliegende Erfindung ein hauptsächlich für Schienenfahrzeuge verwendetes Rad mit einer Mittelnabe und einem äußeren Radkranz, die durch eine Radscheibe miteinander verbunden sind, wobei an jeder Seite des Rades ein Bremsscheibe angebracht ist. Jede Bremsscheibe kann entweder einen ganzteiligen Kreisring, der an der Radscheibe befestigt ist, oder wenigstens zwei bogenförmige Segmente aufweisen, die jeweils an der Radscheibe befestigt sind.
Einige bekannte Räder der oben beschriebenen Bauweise, hauptsächlich zur Verwendung bei Eisenbahngüterfahrzeugen, haben ringförmige oder segmentierte Bremsscheiben, die mit der Radscheibe nur verschraubt sind. Die Schrauben gehen zuerst durch eine Öffnung in einer Bremsscheibe und dann mit Spiel durch eine Öffnung in der Radscheibe hindurch, wobei die Schrauben in komplementäre Gewindebohrungen in der anderen Bremsscheibe eingreifen oder durch eine Öffnung in der anderen Bremsscheibe hindurchgehen und mit einer komplementären Gewindemutter in Eingriff stehen. Die Bremsscheiben klemmen daher die Radscheibe ein, und eine Ausdehnung der Bremsscheiben infolge der beim Bremsen erzeugten Wärme wird dadurch berücksichtigt, daß die Schrauben sich in den Bohrungen der Radscheibe bewegen können. Indem bei der Herstellung die Bremsscheiben konzentrisch um die Radnabe angebracht werden, vermag fortgesetztes Bremsen und die entstehende Ausdehnung und Zusammenziehung die Lage der Bremsscheiben relativ zu der Nabe und dem Radkranz zu verstellen, d.h. die Schrauben ändern ihre Lage in der Öffnung. Dies verursacht eine Unwucht, die Spannung an andere Teile anlegt und die Lebensdauer der Konstruktion vermindern kann. Dieses Problem ist natürlich kritischer bei Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnsystemen, wo die Unwuchtkräfte infolge der erreichten höheren Geschwindigkeiten größer sind.
Ein weiteres Problem bei dem obigen Güterwagenrad resultiert aus der Tatsache, daß eine Schraube mit einer Öffnung in dem Rad in Eingriff kommen kann, so daß diese Schraube unter Belastung steht. Dies kann dazu führen, daß die Schraube einer höheren Querkraft ausgesetzt wird, was den Ausfall der Schraube zur Folge haben kann.
Außerdem kann sich als Folge einer differentiellen Ausdehnung und Zusammenziehung eine Bremsscheibe relativ zu der anderen bewegen, was in Biegemomenten resultiert, die an die Schrauben angelegt werden und einen Schraubenausfall verursachen können.
Um den obigen Problemen besonders bei Schienenfahrzeugen mit höherer Geschwindigkeit zu begegnen, ist eine eingepaßte Bolzenanordnung vorgesehen, bei der sich zwei zylindrische Dübel, die jeweils eine axial verlaufende Durchgangsbohrung besitzen, mit einem kleinen Spielraum in ausgerichteten Öffnungen in den Bremsscheiben und der Radscheibe befinden. Die Dübel haben je einen vergrößerten Endflansch an einem axialen Ende und eine Schraube geht durch die ausgerichteten Dübel hindurch, wobei eine Mutter in das Gewindeende der Schraube eingreift, um die Dübel, die Bremsscheiben und die Radscheibe zusammenzuhalten. Die Bereitstellung dieser Dübel/Schraubenanordnung ermöglicht jederzeit eine feste Positionierung der Bremsscheiben. Weiter ist dieser Aufbau teuer in der Herstellung, da es erforderlich ist, die ausgerichteten Öffnungen in den Bremsscheiben und der Radscheibe genau zu fertigen. Dies bedeutet in der Praxis, daß die Öffnungen in einem Vorgang gebohrt werden müssen, wobei die Bremsscheiben auf der Radscheibe in Stellung gehalten werden. Dann müssen die Teile getrennt werden, wobei die Schnittflächen dann geputzt und abgefast werden. Dann werden die Teile wieder mit den Dübeln und Schrauben zusammengebaut. Dies ist klar ein zeitraubender und teurer Vorgang.
Ein weiterer, in DE-B-1214265 offenbarter Vorschlag sieht eine Anzahl umfangsbeabstandeter Bolzenanordnungen vor, die durch Öffnungen in einer Radscheibe und durch Löcher in ringförmigen Bremsscheiben verlaufen, die sich an jeder Seite der Radscheibe befinden. Die Öffnungen in der Radscheibe sind rechtwinklig und der dort hindurchgehende Teil der Bolzen ist ebenfalls rechtwinklig, wobei die Bolzen in den Öffnungen der Radscheibe einen Paßsitz in Umfangsrichtung aber einen Betrag an Spielraum radial zu der Radscheibe haben. Dieses Radialspiel berücksichtigt die radiale Ausdehnung der Bremsscheiben infolge der beim Bremsen erzeugten Wärme, aber der Paßsitz in Umfangsrichtung verhindert eine Umfangsausdehnung der nichtgleichförmigen Art. In einem kalten Zustand greifen die rechtwinkligen Bolzenteile am radial inneren Rand der rechtwinkligen Öffnungen an, um so die ringförmigen Bremsscheiben auf der Radscheibe zu zentrieren. Ein ähnlicher Aufbau ist in EP-A-0159639 offenbart, wobei der einzige Unterschied ist, daß der radial innere Rand jeder dieser Öffnungen in der Radscheibe gekrümmt ist und eine Krümmung besitzt, die komplementär zu dem radial inneren Teil des Bolzens ist.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rad bereitzustellen, an dem die Bremsscheiben relativ billig angebracht werden können, während die Wärmeausdehnung berücksichtigt und vorzugsweise auch einer Verlagerung der Bremsscheiben begegnet wird, die eine Unwucht hervorrufen kann.
Erfindungsgemäß wird ein Rad bereitgestellt mit einer Mittelnabe und einem äußeren Radkranz, die durch eine Radscheibe miteinander verbunden sind, zwei ringförmigen Bremsscheiben, die an je einer Seite der Radscheibe angebracht sind, wobei jede ringförmige Bremsscheibe durch wenigstens zwei Bolzenanordnungen an der Radscheibe befestigt ist, wobei jede Bolzenanordnung spiel frei durch ausgerichtete Öffnungen in den Bremsscheiben und mit Spiel durch eine Öffnung in der Radscheibe geht, wobei die Bolzenanordnung in Bezug auf die Mitte der Öffnung in der Radscheibe radial zum Inneren des Rades versetzt ist, so daß sie an dem in Bezug auf das Rad radial inneren Teil jeder Öffnung der Radscheibe anliegt, dadaurch gekennzeichnet, daß der radial innere Teil jeder Öffnung der Radscheibe gekrümmt ist und der Teil jeder Bolzenanordnung, der an dem radial inneren Teil einer Öffnung der Radscheibe anliegt, zylindrisch ist, wobei der Krümmungsradius des zylindrischen Teils kleiner ist als der Krümmungsradius des radial inneren Teils der Öffnung der Radscheibe.
Bei einer zur Zeit bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist jede Bremsscheibe ein ringförmiges Element einteiliger Bauweise, das durch drei Bolzenanordnungen mit gleichen Umfangsabständen an der Radscheibe befestigt ist. Jede Bolzenanordnung umfaßt einen einzelnen zylindrischen Dübel mit einem radial vergrößerten Bereich an einem axialen Ende, wobei der Dübel spielfrei durch ausgerichtete Öffnungen an den zwei Bremsscheiben und mit Spiel durch eine Öffnung in der Radscheibe geht. Der radial vergrößerte Endbereich des Dübels greift in den Bereich um die Öffnung in einer Bremsscheibe ein, und eine Beilagscheibe, durch die sich eine Schraube erstreckt, liegt am Bereich rings um die ausgerichtete Öffnung in der anderen Bremsscheibe an. Die Schraube geht auch durch die axial verlaufende Bohrung in dem Dübel und paart sich mit einem komplementär gewindeten Bereich der Bohrung. Als Folge der Anlage der Dübel/Schraubenanordnungen an dem in Bezug auf das Rad radial inneren Teil jeder Öffnung sind die Bremsscheiben in Bezug auf die Mittelnabe genau positioniert, d.h. koaxial, und während sich die Dübel infolge der Wärmeausdehnung in diesen Öffnungen frei bewegen können, werden die Bremsscheiben bei Abkühlung immer zu der erforderlichen koaxialen Position zurückkehren, um so die Unwucht zu verhindern, die bei Spielraumbauweisen nach dem Stand der Technik auftreten kann.
Ein weiterer, aus der obigen Bauweise herrührender Vorteil ist, daß sich bei Ausdehnung die Bremsscheiben gemeinsam bewegen werden. Dies ist infolge der relativ großen Abmessungen der Dübel im Vergleich zu den Schrauben und des Paßsitzes der Dübel in den Öffnungen der Bremsscheiben gewährleistet. Auf diese Weise klemmen die Schrauben die Teile nur zusammen, im Gegensatz zu den Spielraumbauweisen nach dem Stand der Technik, bei denen nur die Schrauben die Bremsscheiben in ihren jeweiligen Stellungen hielten, wobei diese letztere Tatsache manchmal eine Durchbiegung oder ein Abscheren der Schrauben zur Folge hatte.
Während die obige bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung einen einzigen Dübel in jeder Bolzenanordnung benutzt, können zwei durch eine Mutter und eine Schraube zusammengehaltene koaxial ausgerichtete Dübel eingesetzt werden, wobei die Beilagscheibe durch einen vergrößerten Endbereich des weiteren Dübels ersetzt wird. Solche koaxial ausgerichteten Dübel brauchen nur die jeweiligen Bremsscheiben miteinander zu verbinden und können axial voneinander beabstandet sein, oder ein Dübel kann einen Zapfen haben, der in eine Aussparung in dem anderen Dübel eingreift, um so einen koaxial ausgerichteten Dübel mit dem anderen fest zu verbinden. Alternativ kann die Bolzenanordnung nur eine Schraube mit relativ großem Durchmesser umfassen, die selbst mit Paßsitz in den Öffnungen der Bremsscheiben sitzt, wobei eine Mutter mit ihr verbunden ist. Ferner können alternativ die Öffnungen in der Radscheibe längliche Radialschlitze sein.
Während die obige bevorzugte Ausführung drei Bolzenanordnungen benutzt, wird weiter in Betracht gezogen, daß zwei diametral entgegengesetzte Bolzenanordnungen verwendet werden könnten, und im Fall einer aus zwei bogenförmigen Segmenten bestehenden Bremsscheibe könnte jedes Segment an der Radscheibe durch zwei Bolzenanordnungen in der Art der vorliegenden Erfindung geeignet befestigt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun weiter als Beispiel mit Verweisung auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Vorderansicht eines Teils einer bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäß konstruierten Rades ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Teils eines gemäß der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung konstruierten, vollständig zusammengebauten Rades ist; und
Fig. 4 ein Teil einer Schnittansicht entlang der Linie Y-Y in Fig. 3 ist.
Die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung, die in den begleitenden Zeichungen dargestellt ist, umfaßt eine Mittelnabe 1 und einen äußeren Radkranz 3, die durch eine Radscheibe 5 miteinander verbunden sind. Die Radscheibe 5 hat drei runde Öffnungen 7 mit gleichen Umfangsabständen. Alternativ können die Öffnungen 7 durch längliche, radial verlaufende Schlitze ersetzt werden.
Zwei ringförmige Bremsscheiben 9, 11 einteiliger Bauweise sind an je einer Seite der Radscheibe 5 durch Bolzenanordnungen 13 (s. Fig. 3 und 4) befestigt, die durch die Öffnungen 7 in der Radscheibe 5 gehen. Wie Fig. 3 am besten zeigt, umfaßt jede Bolzenanordnung 13 einen einzelnen zylindrischen Dübel 14 mit einem radial vergrößerten Bereich 15 an einem axialen Ende. Der Dübel 14 verläuft ohne Spiel durch eine Öffnung 17 in einer Bremsscheibe 9, mit Spiel durch die Öffnung 7 in der Radscheibe 5 (s. Fig. 4) und teilweise ohne Spiel durch eine Öffnung 17 in der anderen Bremsscheibe 11. Der Krümmungsradius des zylindrischen Dübels 14 ist daher kleiner als der Krümmungsradius des radial inneren Teils der Öffnung 7. Der vergrößerte Endbereich 15 liegt an der Bremsscheibe 9 rings um die Öffnung 17 in dieser einen Bremsscheibe 9 an, und eine Beilagscheibe 19, durch die eine Schraube 21 geht, liegt an der anderen Bremsscheibe 11 rings um die Öffnung 17 an. Die Schraube 21 erstreckt sich durch eine axial verlaufende Bohrung 23 in dem Dübel 14 und greift in einen Gewindebereich 25 der Bohrung 23 ein. Durch Anziehen der Schraube 21 halten der Dübel 14 und die Beilagscheibe 19 eine der Bremsscheiben 9,11 an gegenüberliegenden Seiten der Radscheibe 5 anliegend.
Die Öffnungen 7 in der Radscheibe 5 sind im Vergleich zu den ausgerichteten Öffnungen 17 in den Bremsscheiben 9, 11 radial angeordnet, so daß, wenn das Rad anfangs zusammengebaut wird, die Dübel 14 jeweils an dem radial inneren gekrümmten Randbereich der betreffenden Öffnungen 7 anliegen. Auf diese Weise werden die Bremsscheiben 9, 11 genau koaxial mit der Nabe 1 und dem Radkranz 3 angebracht. Wenn das Rad in Betrieb ist, veranlaßt die Ausdehnung der Bremsscheiben 9, 11 infolge der beim Bremsen erzeugten Wärme die Dübel 14, sich quer durch die Öffnungen 7 von dem radial inneren Randbereich der jeweiligen Öffnungen 7 frei wegzubewegen. Bei Akühlung wird jedoch das Zusammenziehen der Bremsscheiben 9, 11 wenigstens einen Dübel 14 veranlassen, sich anfangs an den radial inneren Randbereich einer Öffnung 7 anzulegen, was zur Folge hat, daß sich die anderen Dübel 14 danach ebenfalls an die radial inneren Bereiche der jeweiligen Öffnungen 7 anlegen. Daher erreichen die Bremsscheiben 9, 11 ihre Ausgangsposition in Bezug auf die Nabe und den Radkranz, wobei verhindert wird, daß so eine bleibende Unwucht entsteht. Da ferner die Bremsscheiben an der Radscheibe 5 durch die Dübel 14 mit relativ großem Durchmesser formschlüssig gehalten sind, und die schlankeren Schrauben 21 tatsächlich nur die Teile zusammenspannen, werden die Schrauben 21 von bestimmten Spannungen befreit, die bei herkömmlichen Ausführungen eine mögliche Verformung und Abscherung der Schrauben verursachten.
Während die oben beschriebene Ausführung einen einzigen Dübel 14 benutzt, könnten ferner zwei gleiche Dübel ausgerichtet und mit den Bremsscheiben und der Radscheibe von entgegengesetzten Seiten in Anlage gebracht werden, wobei eine Mutter und eine Schraube die Dübel zusammenhalten. Während solche gleichen Dübel lediglich die jeweiligen Bremsscheiben miteinander verbinden und axial voneinander beabstandet sein können, kann ein Dübel mit einem Zapfen gebildet werden, der in eine Aussparung in dem anderen eingreift, um so sowohl einen koaxial ausgerichteten Dübel mit dem anderen als auch mit den jeweiligen Bremsscheiben fest zu verbinden. Ferner kann bei der dargestellten bevorzugten Ausführung die Schraube 21 alternativ frei durch die Bohrung 23 verlaufen und durch eine geeignete Mutter gehalten werden.
Im Gegensatz zur Verwendung eines Dübels oder von Dübeln und einer Schraube könnte eine Schraube mit relativ großem Durchmesser verwendet werden, die selbst einen Paßsitz in den Öffnungen 17 hat und mit einer geeigneten Mutter in Eingriff gebracht wird.
Bei der oben beschriebenen bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind in der Radscheibe 5 drei Öffnungen 7 in gleichen Umfangsabständen vorgesehen. Alternativ können jedoch nur zwei Öffnungen einnander diametral gegenüber vorgesehen werden, wobei die Öffnungen 17 in den Bremsscheiben geeignet positioniert sind. Im Fall von aus zwei bogenförmigen Segmenten bestehenden ringförmigen Bremsscheiben können vier geeignet positionierte Öffnungen 7 in der Radscheibe 5 vorgesehen werden, wobei jedes Segment durch zwei Bolzenanordnungen einer gewünschten Ausführung befestigt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt demnach ein Rad für einen Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnwaggon bereit, das relativ billig herzustellen ist und das Probleme der Wärmeausdehnung und Unwucht berücksichtigt, während auch eine starre langlebige Bauweise vorgesehen ist.

Claims

1. Rad mit einer Mittelnabe (1) und einem äußeren Radkranz (3), die durch eine Radscheibe (5) miteinander verbunden sind, zwei ringförmigen Bremsscheiben (9, 11) , die an je einer Seite der Radscheibe (5) angebracht sind, wobei jede ringförmige Bremsscheibe (9, 11) durch wenigstens zwei Bolzenanordnungen (13) an der Radscheibe befestigt ist, wobei jede Bolzenanordnung (13) spielfrei durch ausgerichtete Öffnungen (17) in den Bremsscheiben und mit Spiel durch eine Öffnung (7) in der Radscheibe (5) geht, wobei die Bolzenanordnung (13) in Bezug auf die Mitte der Öffnung (7) in der Radscheibe (5) radial zum Inneren des Rades versetzt ist, so daß sie an dem in Bezug auf das Rad radial inneren Teil jeder Öffnung (7) der Radscheibe anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innere Teil jeder Öffnung (7) der Radscheibe gekrümmt ist und der Teil (14) jeder Bolzenanordnung, der an dem radial inneren Teil einer Öffnung (7) der Radscheibe anliegt, zylindrisch ist, wobei der Krümmungsradius des zylindrischen Teils (14) kleiner ist als der Krümmungsradius des radial inneren Teils der Öffnung (7) der Radscheibe.

2. Rad nach Anspruch 1, bei dem jede Öffnung (7) der Radscheibe rund ist.

3. Rad nach Anspruch 1, bei dem jede Öffnung (7) der Radscheibe ein länglicher Schlitz ist, der radial zum Rad verläuft.

4. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jede Bolzenanordnung (13) einen einzelen zylindrischen Dübel (14) mit einem radial vergrößerten Bereich (15) an einem axialen Ende umfaßt, wobei der Dübel (14) ohne Spiel durch ausgerichtete Öffnungen (17) in den zwei Bremsscheiben (9,11) und mit Spiel durch eine Öffnung (7) der Radscheibe geht, wobei der radial vergrößerte Endbereich (15) des Dübels (14) an dem Bereich rings um die Öffnung (17) in einer Bremsscheibe (9) anliegt, und eine ringförmige Beilagscheibe (19), durch die eine Schraube (21) geht, an dem Bereich rings um die ausgerichtete Öffnung (17) in der anderen Bremsscheibe (11) anliegt, wobei die Schraube (21) auch durch eine axial verlaufende Bohrung (23) in dem Dübel (14) geht und sich mit einem komplementären Gewindebereich (25) der Bohrung (23) verbindet.

5. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jede Bolzenanordnung (13) einen einzelen zylindrischen Dübel (14) mit einem radial vergrößerten Bereich (15) an einem axialen Ende umfaßt, wobei der Dübel (14) ohne Spiel durch ausgerichtete Öffnungen (17) in den zwei Bremsscheiben (9,11) und mit Spiel durch eine Öffnung (7) der Radscheibe geht, wobei der radial vergrößerte Endbereich (15) des Dübels in den Bereich um die Öffnung (17) in einer Bremsscheibe (9) eingreift, und eine ringförmige Beilagscheibe (19), durch die eine Schraube (21) geht, an dem Bereich rings um die ausgerichtete Öffnung (17) in der anderen Bremsscheibe (11) anliegt, wobei die Schraube (21) auch durch eine axial verlaufende Bohrung (23) in dem Dübel (14) geht und mit Gewinde in eine Mutter eingreift, um die Bremsscheiben (9,11) gegen die Radscheibe (5) zu spannen.

6. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jede Bolzenanordnung (13) ein Paar gleicher Dübel (14) umfaßt, die jeweils einen radial vergrößerten axialen Endbereich (15) besitzen, wobei die Dübel (14) ohne Spiel in jeweilige ausgerichtete Öffnungen (17) in den Bremsscheiben (9,11) und mit Spiel in eine Öffnung (7) der Radscheibe eingreifen, wobei die vergrößerten axialen Endbereiche (15) der Dübel (14) an den Bereichen rings um die jeweiligen ausgerichteten Öffnungen (17) in den Bremsscheiben (9,11) anliegen, und eine Schraube (21), die durch axial verlaufende ausgerichtete Bohrungen (23) in den jeweiligen Dübeln (14) geht und mit Gewinde in eine Mutter eingreift, um die Bremsscheiben (9,11) gegen die Radscheibe (5) zu spannen.

7. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jede Bolzenanordnung (13) einen Bolzen umfaßt, der einen Paßsitz in den ausgerichteten Öffnungen (17) in den Bremsscheiben (9,11) und eine Spielpassung in einer Öffnung (7) der Radscheibe bildet, wobei der Bolzen mit einer Mutter in Gewindeverbindung steht.

8. Rad nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem drei Bolzenanordnungen (13) mit gleichen Umfangsabständen mit ringförmigen Scheiben (9,11) einteiliger Bauweise verwendet werden.

9. Rad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem jede ringförmige Bremsscheibe (9,11) zwei bogenförmige Segmente aufweist, wobei jedes Segment durch zwei Bolzenanordnungen (13) an der Radscheibe befestigt ist.