DE69206500T2

DE69206500T2 - Monoblock Bremsscheibe, insbesondere für Schienenfahrzeug, und entsprechendes Rad.

Info

Publication number: DE69206500T2
Application number: DE1992606500
Authority: DE
Inventors: Philippe Davion; Paul Hennequin; Francis Huver
Original assignee: EUROP D ENGRENAGES SOC
Current assignee: Faiveley Transport Witten GmbH
Priority date: 1991-07-01
Filing date: 1992-07-01
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: EP0521785A1; FR2678572A1; DE69206500D1; EP0521785B1; ES2080463T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsscheibe in Einblockkonstruktion, dazu bestimmt, seitlich an einem Rad insbesondere eines Schienenfahrzeugs montiert zu werden.
Unter "Scheibe in Einblockkonstruktion" versteht man eine Scheibe, die einstückig gefertigt wird. Es kann sich insbesondere um ein einzelnes Gußstück aus Stahl oder Gußeisen handeln oder um ein zusammengesetztes Eisen/Stahl-Teil, das durch Umgießen hergestellt wurde.
Die Bremsscheiben dieses Typs werden vor allem zur Bremsung der achslosen Antriebsräder von Zügen, Reisezugwagen und Güterwagen verwendet. Ihre Erwärmung an einer einzigen Fläche während der Bremsung ist der Ursprung verschiedener Probleme, die mit der differentiellen Wärmedehnung in Zusammenhang stehen:
- Wenn die Schürze sehr starr ist, um die Verformungen der Scheibe zu verhindern, treten sehr hohe Beanspruchungen auf, und es ist außerdem erforderlich, in der Zone der Befestigung der Schürze auf der Nabe eine Möglichkeit zum Gleiten zu lassen, was zu Reibkorrosionserscheinungen führt.
- Wenn man dagegen der Schürze, um diese Erscheinungen zu verhindern, eine große radiale Nachgiebigkeit verleiht, wie dies für eine ähnlichen Anordnung in der FR-A-2 287 623 beschrieben ist, ist bei der Bremsung eine konische Verformung des Schuhs zu beobachten und in der Folge ein ungleichmäßiger Verschleiß der Bremsbeläge; dies ist besonders störend, wenn die Bremsbeläge in einer Translationsbewegung parallel zur Achse des Rads geführt werden. Überdies ist die im wesentlichen axiale Form der Schürze hinsichtlich des Gewichts, der Einfachheit des Gusses und der Zirkulation von Kühlluft längs des Schuhs ungünstig.
Verständlicherweise verstärken sich die oben angeführten ungünstigen Erscheinungen beträchtlich, wenn sich die Bremsenergie erhöht, wie dies gegenwärtig mit der Zunahme der Geschwindigkeiten des Zugverkehrs und der an jede Bremsscheibe angelegten Belastungen der Fall ist.
Die FR-A-2 295 304 beschreibt eine Bremsscheibe, die einen ringförmigen Schuh umfaßt, der durch Schlitze in zwei Sektoren unterteilt ist, wobei es sich jedoch nicht um eine Scheibe in Einblockkonstruktion im obigen Sinne handelt.
Die Erfindung hat zum Ziel, eine Bremsscheibe zu liefern, die trotz relativ geringer Herstellungskosten die Absorption hoher Bremsenergien mit einer geringen Verformung gestattet.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung eine Bremsscheibe in Einblockkonstruktion zum Gegenstand, dazu bestimmt, seitlich an einem Rad insbesondere eines Schienenfahrzeugs montiert zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
- einen starren ringförmigen Schuh, der an seinem äußeren Umfang und an seinem inneren Umfang frei ist, durch eine Reihe von Schlitzen in Sektoren unterteilt ist und durch eine Reihe von Rippen mit einer Nase zur axialen Auflage auf dem Rad verbunden ist; und
- an einem Umfang der Scheibe eine axial elastische, dünne Schürze, die mit der Auflagenase verbunden ist, wobei diese Schürze an ihrem der Nase entgegensetzten Umfang mit einer Zone zur Befestigung am Rad versehen ist, wobei diese Befestigungszone dafür vorgesehen ist, gegen eine annähernd radiale Oberfläche des Rads gepreßt zu werden und hierbei axial die Schürze zu verformen.
Gemäß weiteren Merkmalen:
- hat die Schürze ein etwa radiale Ausrichtung;
- weist die Schürze einen schrägen Teil auf, der an die Befestigungszone anstößt;
- weist die Nase eine Oberfläche zur Auflage auf dem Rad auf, die einem radial äußeren Teil des Schuhs gegenüberliegend angeordnet ist;
- ist jede Rippe einerseits mit dem Schuh und andererseits mit der Nase verbunden, und zwar entlang zwei entgegengesetzten Seiten von etwa derselben Länge;
- liegen die genannten Seiten ungefähr einander gegenüber;
- ist jede Rippe in einer axialen und radialen Ebene enthalten;
- ist die Nase über ihre gesamte Ausdehnung durchgehend oder, als Variante, zwischen den Rippen durchbrochen.
Die Erfindung hat ebenfalls ein Rad, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, zum Gegenstand, das auf jeder Seite mit einer Scheibe, wie sie oben definiert ist, versehen ist, wobei der der Nase entgegengesetzte Umfang der Schürze unter axialer Vorspannung und ohne Bewegungsfreiheit auf der annähernd radialen Oberfläche der Nabe des Rads befestigt ist.
Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, von denen:
- Figur 1 eine im Axialschnitt dargestellte Halbansicht eines erfindungsgemäßen Rads eines Schienenfahrzeugs ist;
- Figur 2 eine Teilansicht der Innenseite einer Scheibe dieses Rads ist;
- Figur 3 eine Schnittansicht gemäß der Linie III-III von Figur 2 ist;
- Figur 4 in sehr verstärkter Form die Verformung der Scheibe von Figur 2 und 3 bei ihrer Anbringung auf dem Rad darstellt;
- Figur 5 in entsprechender Weise die Verformung der Scheibe nach der Anbringung und bei einer Bremsung erläutert; und
- Figur 6 eine Figur 1 entsprechende Ansicht einer Variante ist.
In Figur 1 ist ein Rad 1 eines Schienenfahrzeugs zu sehen, das insbesondere ein Antriebsrad sein kann und mit zwei identischen Bremsscheiben 2 ausgestattet ist.
Das Rad umfaßt eine Nabe 3 die durch einen radialen Radkörper 4 mit einer Lauffläche 5 verbunden ist. Die Nabe weist auf jeder Seite nahe ihrer Verbindung mit dem Radkörper 4 eine ringförmige radiale Oberfläche 6 auf, in welcher mehrere axiale Bohrungen 7 vorgesehen sind, und der Radkörper weist auf jeder Seite nahe seiner Verbindung mit der Lauffläche eine ringförmige radiale Oberfläche 8 auf.
Jede Scheibe 2 ist durch Guß einstückig hergestellt, insbesondere aus Gußeisen oder Stahl, und besteht aus einem radial äußeren Teil 9, der die Bremskraft empfängt, und aus einem radial inneren Teil 10, der zu ihrer Befestigung auf dem Rad dient.
Der äußere Teil 9 umfaßt einen sehr starren, flachen Ring 11 von starker Dicke, der einen Bremsschuh bildet, und eine ringförmige Nase 12 von geringerer Dicke. Diese letztere umfaßt einen radial äußeren Teil 13, dessen Innenfläche 14 radial ist und der zugehörigen Oberfläche 8 gegenüberliegend angeordnet ist, und einen radial inneren Teil 15, der sich allmählich von dem Radkörper 4 entfernt.
Die radiale Gesamtabmessung D der Nase 12 ist von der gleichen Größenordnung wie die der Innenfläche des Schuhs 11, der dieser Nase radial in etwa gegenüberliegt. Axiale und radiale Rippen 16 von annähernd rechteckiger Form verbinden die Außenfläche der Nase über ihre gesamte Abmessung D mit der Innenfläche des Schuhs.
Jeder Schuh 11 ist durch radiale Schlitze 17 (Figur 2 und 3) in Sektoren unterteilt, die sich winkelmäßig in einem Abstand von 20º voneinander befinden, wobei sich jeder Schlitz vom äußeren Umfang zum inneren Umfang des Schuhs erstreckt. Zwischen jedem Paar von Schlitzen sind zwei Rippen 16 vorgesehen, was insgesamt sechsunddreißig Rippen entspricht. Die Nase 12 ist dagegen auf ihrem gesamten Umfang und über ihre gesamte radiale Ausdehnung durchgehend.
Der radial innere Teil 10 der Scheibe bildet eine Schürze von geringer Dicke und im allgemeinen radialer Ausrichtung, die sich von dem inneren Umfang der Nase 12 ausgehend erstreckt. Aufgrund dieser Form und ihrer geringen Dicke ist die Schürze 10 in axialer Richtung leicht elastisch verformbar. Die Schürze 10 ist auf ihrem Umfang durchgehend und weist nahe ihrem inneren Umfang einen Kranz von Öffnungen 18 auf. Sie umfaßt, ausgehend von der Nase 12, einen radialen Verbindungsteil 19, dann einen leicht gewölbten Teil 20, dessen im wesentlichen radialer innerer Endbereich die Öffnungen 18 aufweist.
Zur Montage der beiden Scheiben auf dem Rad werden die Bolzen 21 durch die Öffnungen 18 der beiden Schürzen und die Bohrungen 7 des Rads gesteckt und mittels Muttern 22 festgezogen. Hierbei wird der Teil 20 der beiden Schürzen in elastischer Weise axial verformt, bis diese fest und ohne Möglichkeit einer relativen Bewegung gegen die Oberflächen 6 der Nabe gedrückt sind. Diese Verformung der Schürzen 10 bewirkt, daß auch die Teile 13 der beiden Nasen gegen die Oberflächen 8 des Rads gepreßt werden, wobei die Oberflächen 6 und 8 die einzigen Kontaktzonen zwischen dem Rad und den Scheiben sind. Wie in Figur 1 zu erkennen, befinden sich die Schürzen 10 dann gänzliche außerhalb des von den beiden äußersten Ebenen der Schuhe begrenzten Bereichs.
Alternativ können die Gruppen aus Bolzen 21 und Mutter 22 durch Schraubenpaare ersetzt werden, die in innengewindete Blindbohrungen geschraubt werden, welche die Bohrungen 7 ersetzen.
Figur 4 zeigt in durchgezogener Linie eine Scheibe im freien Zustand und in gestrichelter Linie dieselbe Scheibe im montierten Zustand. Man erkennt, daß, wenn sie montiert ist, der Schuh 11 der Scheibe im kalten Zustand eine leichte konvergente konische Verformung erfährt.
Figur 5 zeigt ebenfalls in durchgezogener Linie eine Scheibe im freien Zustand und zeigt in gestrichelter Linie dieselbe Scheibe im montierten Zustand auf dem Rad, wie sie gerade eine Bremsung erfährt. Aufgrund der Erwärmung verformt sich der Schuh 11, wobei er sich zurückbiegt und in seiner mittleren Zone wölbt, und er kehrt auf diese Weise zu einem Querschnitt zurück, der demjenigen sehr nahekommt, den er im freien Zustand besessen hat. Der Verschleiß der Bremsbeläge wird somit verringert, selbst wenn diese nur einen Freiheitsgrad der Bewegung parallel zur Achse des Rads besitzen. Dieses Ergebnis wird ohne eine relative Verschiebung zwischen dem inneren Teil der Schürze und der Oberfläche 6 erzielt, und folglich ohne die Gefahr einer Reibkorrosion. Eine weitere günstige Auswirkung beruht auf der Tatsache, daß die Beanspruchungen bei der Schürze und den Rippen deutlich unter den Grenzwerten der Materialermüdung bleiben.
Überdies läßt die fast radiale Form der Schürze der Luft einen freien Zugang zum zwischen dem Schuh und der Nase befindlichen Raum, so daß die Kühlung der Scheibe sehr effizient ist, auch wenn keine Schaufeln für den Antrieb der Luft vorhanden sind, die viel Energie verbrauchen. Diese Form ist im übrigen leicht zu gießen und benötigt nur eine minimale Materialmenge.
Es ist noch anzumerken, daß die annähernd rechteckige Form der Rippen 16 ebenso wie die Position der Auflageflächen 14 gegenüber der radial äußeren Region des Schuhs besonders günstig sind für eine schnelle Abfuhr der Wärme aus dem Schuh während der Bremsung.
Ein Zahlenbeispiel: Bei einer Scheibe mit einem Schuh, der einen Innendurchmesser von 45 cm und einen Außendurchmesser von 72 cm aufweist, kann die axiale Verschiebung des inneren Endes der Schürze 10, deren Innendurchmesser 26 cm beträgt, bei der Montage der Scheibe in der Größenordnung von 0,3 mm liegen.
Alternativ kann die Gruppe aus Schuh 11, Nase 12 und Rippe 16 einstückig durch Guß hergestellt werden, und zwar insbesondere aus Gußeisen, und dann durch Umgießen an der getrennt gefertigten Schürze 10 befestigt werden, die insbesondere aus Stahl besteht.
In gewissen Fällen kann man sich durch die Konfiguration des Rades veranlaßt sehen, dem mittleren Teil der Schürze, wie dies in Figur 1 strichpunktiert dargestellt ist, eine schräge Orientierung zu verleihen, die sich deutlich von der radialen Richtung entfernt, und zwar in dem Maße, wie die Schürze in axialer Richtung eine ausreichende Elastizität bewahrt, um ein Aufliegen ihres freien Endes 20 auf der radialen Fläche 6 des Rads unter gleichzeitiger elastischer Verformung der Schürze zu gestatten.
Als weitere Variante können in der Nase 12 zwischen den Rippen 16 ausgehend vom äußeren Rand Aussparungen vorgesehen sein, wie dies strichpunktiert unter 12A in Figur 1 dargestellt ist, um das Stück leichter zu machen und den Guß zu vereinfachen.
In anderen Fällen ist es nicht möglich, die Nabenregion des Rads axial zu durchbohren. Man kann dann die umgekehrte Anordnung von Figur 6 verwenden, die sich von derjenigen von Figur 1 in den folgenden Punkten unterscheidet:
- Die radiale Oberfläche 6 ist am äußeren Ende des Radkörpers 4 vorgesehen, nahe der Lauffläche 5.
- Die Auflagefläche 8 befindet näher an der Nabe 3 als an der Lauffläche 5, um die Stabilität der Scheibe während der Bremsung zu gewährleisten;
- Die Schürze 10 der Scheibe verlängert die Nase 12 nach außen hin. Sie weist einen dicken Teil 20 zur Befestigung, der unter axialer Vorspannung auf die benachbarte Oberfläche 6 gepreßt wird, und einen annähernd radialen dünnen Teil 23 zur Verbindung des Teils 20 mit der Nase 12 auf.
- Der Schuh 11 nimmt radial den überwiegenden Teil des zwischen den Muttern 22 und der Nabe verfügbaren Raumes ein, indem er sich deutlich über die Nase 12 hinaus nach innen erstreckt. Dementsprechend weist die radial innere Fläche 24 der Rippen 16 eine gewölbte und vom inneren Rand des Schuhs zu demjenigen der Nase insgesamt divergierende Form auf.

Claims

1. Bremsscheibe in Einblockkonstruktion (2), dazu bestimmt, seitlich an einem Rad (1) insbesondere eines Schienenfahrzeugs montiert zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

- einen starren ringförmigen Schuh (11), der an seinem außeren Umfang und an seinem inneren Umfang frei ist, durch eine Reihe von Schlitzen (17) in Sektoren unterteilt ist und durch eine Reihe von Rippen (16) mit einer Nase (12) zur axialen Auflage auf dem Rad verbunden ist; und

- an einem Umfang der Scheibe eine axial elastische, dünne Schürze, die mit der Auflagenase (12) verbunden ist, wobei diese Schürze an ihrem der Nase entgegensetzten Umfang mit einer Zone (20) zur Befestigung am Rad versehen ist, wobei diese Befestigungszone dafür vorgesehen ist, gegen eine annähernd radiale Oberfläche (6) des Rads gepreßt zu werden und hierbei axia die Schürze (10) zu verformen.

2. Scheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Schürze (10) eine etwa radiale Ausrichtung hat.

3. Scheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schürze (10) einen schrägen Teil aufweist, der an die Befestigungszone (20) anstößt.

4. Scheibe nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (12) eine Oberfläche (14) zur Auflage auf dem Rad aufweist, die einem radial äußeren Teil des Schuhs (11) gegenüberliegend angeordnet ist.

5. Scheibe nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rippe (16) einerseits mit dem Schuh (11) und andererseits mit der Nase (12) verbunden ist, und zwar entlang zwei entgegengesetzten Seiten von etwa derselben Länge.

6. Scheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Seiten ungefähr einander gegenüberliegen.

7. Scheibe nach irgendeinem der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rippe (16) in einer axialen und radialen Ebene enthalten ist.

8. Scheibe nach irgendeinem der Anepruche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (12) über ihre gesamte Ausdehnung durchgehend ist.

9. Scheibe nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase (12) zwischen den Rippen (16) durchbrochen ist.

10. Rad (1), insbesondere für ein Schienenfahrzeug, das auf jeder Seite mit einer Scheibe (2) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9 versehen ist, wobei der der Nase (12) entgegengesetzte Umfang (20) der Schürze (10) unter axialer Vorspannung und ohne Bewegungsfreiheit auf der annähernd radialen Oberfläche (6) der Nabe (3) des Rads befestigt ist.