WO1996012119A1 - Bremsbelag für teilbelag-scheibenbremsen, insbesondere von schienenfahrzeugen - Google Patents

Bremsbelag für teilbelag-scheibenbremsen, insbesondere von schienenfahrzeugen Download PDF

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WO1996012119A1
WO1996012119A1 PCT/DE1995/001139 DE9501139W WO9612119A1 WO 1996012119 A1 WO1996012119 A1 WO 1996012119A1 DE 9501139 W DE9501139 W DE 9501139W WO 9612119 A1 WO9612119 A1 WO 9612119A1
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pad
carrier
lining
elements
brake
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PCT/DE1995/001139
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Xaver Wirth
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Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/0006—Noise or vibration control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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    • F16D65/092—Bands, shoes or pads; Pivots or supporting members therefor for axially-engaging brakes, e.g. disc brakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2125/00—Components of actuators
    • F16D2125/18—Mechanical mechanisms
    • F16D2125/58—Mechanical mechanisms transmitting linear movement
    • F16D2125/587—Articulation, e.g. ball-socket

Definitions

  • Brake pad for partial pad disc brakes, in particular for rail vehicles.
  • the invention relates to a brake pad according to the preamble of claim 1.
  • brake linings which have elastically mounted individual elements have already been used (primarily when using sintered materials) (DE-OS 43 01 006).
  • the surface pressures on the individual elements are still not constant, they are dependent on deflection in accordance with the respective surface constant of the elastic bedding of the individual elements.
  • the covering effort is very complex overall and consequently s ir expensive; it is four to six times more expensive than organically bound, one-pack coverings.
  • the object of the invention is to design a brake lining of the generic type with structurally simple means in such a way that the surface pressure on the friction surface of the brake disc can be made more uniform. It a clearly defined distribution of the total clamping force on the individual covering elements should be possible. To achieve cost savings, it should also be possible to replace the brake pad or parts thereof in a cost-effective manner.
  • small, interchangeable units are formed by the lining elements or group elements, which includes a substantial reduction in price compared to conventional brake pads with dovetail guidance.
  • covering elements or covering groups formed from covering elements which are arranged symmetrically to the center line of the supporting body (covering carrier or covering holder), it is possible to divide the entire covering into two half-coatings, with one covering element per supporting plate being able to be provided as the smallest covering unit.
  • the covering elements or the groups formed by them can be arranged with the carrier plate carrying them either on a common covering carrier or directly on the covering holder.
  • Both the type of mounting of the lining elements on the carrier plates, the type of mounting of the carrier plates on their carrier, the lining carrier or the lining holder, as well as the type of application of the application forces with respect to the focal points formed are responsible for the uniformity of the surface pressure.
  • the storage of each individual element i.e.
  • each pad on the support plate consists of pairing a ball socket with a spherical cap, which are designed so that the resulting force from the contact pressure on the brake pad and the frictional force perpendicular to it is perpendicular to the spherical surface existing on the ball socket .
  • the resultant runs through the center of gravity of the respective lining element in the area of friction on the brake disc. If the surface pressure of the entire lining is equalized, i.e. the brake disc load is more uniform, a higher energy consumption of the disc is possible at a given temperature limit. There is also less wear, since the wear increases disproportionately with the temperature, and consequently the wear is reduced when the temperature is equalized or reduced.
  • brake linings of the aforementioned type lies in significantly lower operating costs, since the individual lining elements or group elements formed from lining elements are considerably less expensive than the dovetail lining units used so far in element or overall construction. While it is necessary for one-piece brake pads of known type, but also for newer, multi-piece brake pads, to replace the comparatively expensive pad carrier when changing pads, as a result of the division into pad groups or individual elements, each carried by an inexpensive carrier plate, the pad carrier can be replaced to be re-equipped with covering elements or groups.
  • the lining elements preferably form an annular sector area which is advantageous with regard to the brake geometry, as a result of which a lower tendency to concave disk run-in must be accepted.
  • the friction or covering elements can have a circular shape, but they can also have polygonal shapes; they can additionally have anti-twist devices or can be designed in such a way that they are mutually supported to prevent twisting.
  • three individual elements can be combined to form a common covering element, which is useful in the case of rubber-bound organic covering materials. It is possible to articulate the covering elements in a variety of ways on their immediate support, i.e. to attach to the carrier plate, such as with riveted joints, welded connections, screw connections, etc. It is particularly important to specifically apply the application forces to a brake pad of the type used. In this way, the application of the load on the application device can take place via a ball joint, in each case in the focus of a half-topping. It is also possible to introduce the total application force via a balance beam, which distributes the application force evenly from a common lever to both half pads.
  • Figure 1 is a schematic view of the brake pad consisting of several group elements opposite the friction surface of a schematically indicated brake disc, the illustration of the pad carrier or the pad holder has been omitted to illustrate the geometric assignment;
  • FIG. 2 is a single sectional view from line II-II in FIG. 3, showing the articulation of two covering elements on a carrier plate and its assignment to the covering carrier;
  • Figure 3 is a top view of the arrangement of Figure 2;
  • FIG. 4 is a schematic sectional view, enlarged compared to FIGS. 2 and 3, showing the force curve on an individual covering element in its assignment to the carrier plate;
  • FIG. 5 is a bottom view of a facing carrier with group elements hinged to it, each consisting of a carrier plate with three facing elements each;
  • FIG. 6 is a longitudinal view of a pad holder used to hold the pad carrier according to FIG. 5;
  • FIG. 7 is a schematic view of a lining holder compared to FIGS. 5 and 6, showing the focal points D1, D2 and D3 formed by directly articulated group elements and the common focal points formed by the focal points of the group elements for introducing half the clamping force per half of the lining;
  • FIG. 8 is a view comparable to that of FIG. 7 of a lining holder with lining elements arranged directly on it, wherein 3 individual elements per carrier sheet are combined to form a common lining element;
  • FIG. 9 is a sectional view comparable to FIG. 2, showing a quasi-articulated arrangement of the covering elements on the carrier plate.
  • FIG. 10 is a view comparable to FIGS. 2 and 9 of a flat articulation of the lining elements on the carrier plate and lining carrier in their assignment to the lining holder.
  • a brake pad consisting of a plurality of group elements (1) with pad elements (3) is shown in its assignment to the friction surface (5) of a brake disk (6) indicated in its circumferential lines, for example made of steel.
  • the group elements (1) are each formed from the covering elements and a carrier plate (7) supporting them.
  • 9 such group elements (1), each with 3 lining elements (3) designed as brake blocks, are provided on carrier plates (7), that is to say a total of 18 lining elements.
  • the covering elements are preferably arranged in their total area as a circular ring sector area, as can be seen from FIG. 1, and can consist, for example, of sintered metal.
  • 3 friction or lining elements are arranged on a carrier plate (7) in the manner explained below.
  • the carrier plates (7) used have e.g. Triangular shape, the lining elements (3) being articulated on the side of the carrier plates (7) facing the friction surface of the brake disc with a certain degree of freedom of pivoting.
  • each of the facing elements (3) by means of a flat head screw (9), a dome (11), a compression spring (13) and a nut (15) on the carrier plate (7) hinged.
  • the flat-head screw (9) is located in a central recess (17) of the covering element (3) and extends as shown through bores in the dome and the support plate, with a counter-screwing with the help of the nut (15) with the compression spring (13) being interposed. is provided.
  • the crest (11) is inserted in a bowl-shaped recess in the carrier plate (7), so the bearing of each covering element is formed by a ball socket and a spherical cap.
  • the forces F R act on the covering element as a frictional force and the contact force F A , from which the resulting force F is formed.
  • This is perpendicular to the spherical surface of the ball socket.
  • the center of the radius r is placed in the center of gravity of the friction surface of the lining element.
  • the resulting force F therefore necessarily runs through the center of gravity of the covering element; this is the only way to achieve an approximately constant surface pressure P of the lining element with respect to the friction surface (5) of the brake disc.
  • FIG. 5 shows in a bottom view on a lining carrier (19) 3 of the carrier plates (7), each with 3 lining elements arranged thereon.
  • the lining carrier (19) with the 18 lining elements arranged on it can in turn be mounted on the lining holder (29) shown in a rear view in FIG. 6.
  • the pad holder has eyes (31) for suspension from a hanging bracket and carries the pad carrier (19) of a substantially comparable configuration on its side facing the brake disc.
  • the pad holder (29) is provided, for example, at its lower end according to FIG. 6 with a bolt which can be braced by a spring clip (33) and which, on the side facing away from the illustration according to FIG. 6, extends through one of the eyes (35) of the pad carrier, whereby Further fastening elements (not shown) extending from the lining carrier can be passed through openings in the lining holder and screwed relative to the lining holder.
  • the lining carrier with the lining elements arranged on it can be quickly removed from the lining holder, since after loosening the aforementioned fastening elements or pulling out the retaining bolt which can be braced by the spring clip, the lining carrier can be pulled off transversely to the lining holder.
  • the carrier plates with the lining elements were explained with reference to FIGS. 2 and 5 as being held on a lining carrier, the lining carrier in turn being attachable to a lining holder (FIG. 6).
  • a direct attachment of the carrier plates to the covering holder is also provided (Fig. 7).
  • An essential feature of the lining holder according to the invention for the purpose of making the surface pressure uniform is the geometrical assignment of the individual lining elements, the carrier plates carrying them and their arrangement on a carrier body (lining carrier or lining holder).
  • the individual group elements consisting of 3 lining elements each carried by a carrier plate, have a common center of gravity D1, D2, and D3 as the point of introduction of the lining contact pressure forces.
  • the centers of gravity D1, D2 and D3 of the 3 group elements (1) in turn form a triangle, the center of gravity S of which forms the force introduction point of half the total clamping force per covering per side of the pane.
  • a spacer (38) is preferably provided in the area of the force introduction, ie in the area of the center of gravity S, in such a way that an almost selective transmission of force from the pad holder to the pad carrier is made possible.
  • the spacers (38) can be formed on one of the mutually facing surfaces by the lining carrier or lining holder.
  • 5 and 7 illustrate that a weakening of the material formed by a window or a recess is provided in the region of the center line of the lining carrier or lining holder, such that the halves of the lining carrier or holder can be pivoted to a limited extent with respect to the center line, which contributes to the equalization of the contact forces in connection with the focus-related application of force.
  • a balance beam which can evenly distribute the application force from a common lever to the two half-pads.
  • the common lever runs in the middle of the lining carrier or lining holder.
  • the covering elements shown as hexagonal in FIGS. 2, 3 and 5 can have any other configuration, for example they can be round, as the schematic view according to FIGS. 1 and 7 illustrates.
  • 3 covering elements are preferably provided per carrier plate, their number can also vary, provided that the introduction of the contact forces increases as a result of the geometric assignment of the focal points leads to an equalization. It is also possible to combine 3 covering elements into a single element; this makes sense, for example, with rubber-bound, organic covering material.
  • FIG. There are 3 heart-shaped covering elements per covering half, that is a total of 6 covering elements which are held by carrier plates.
  • the carrier plates are arranged so as to be pivotable directly on the lining holder, the force being introduced again per half lining in the central welding point formed by the individual focal points of the three lining elements.
  • the individual elements or covering elements can also be arranged "quasi-articulated" on the carrier plate, for example by riveting, welding point connection, by screw connection etc.
  • FIG. 10 of the drawing shows an embodiment of the mounting of the lining elements (1) on the carrier plate (7) and the mounting of the carrier plate on the lining carrier (19) that is considerably lower than the comparable view according to FIG.
  • the advantage of the arrangement according to FIG. 10 can be seen in the fact that no vertical movements relative to the latter are required to disassemble the lining carrier from the lining holder.
  • the lining carrier After loosening the bolt holder indicated with reference to FIG. 6 - after loosening the same - the lining carrier can be pulled off to the side or at the front. This makes it very easy to loosen the lining carrier without dismantling the lining holder, so that a complete replacement of the lining carrier can be carried out in the shortest possible time. It is also possible, if necessary, to replace individual covering elements and / or individual supporting plates with covering elements held on them. This represents a significant advantage over known constructions with a so-called dovetail guide, in which one-piece brake pads have to be replaced together with their pad carrier after wear, while the inventive design of the brake pad provides for the re-use of the pad carrier, possibly also the carrier plates.

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Abstract

Bei einem Bremsbelag für Teilbelag-Scheibenbremsen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, sind mehrere Reib- bzw. Belagelemente (3) vorgesehen, welche einzeln oder in Gruppen an einem Trägerblech (7) befestigbar sind, wobei mehrere Trägerbleche (7) entweder unmittelbar am Belaghalter (29) der Scheibenbremsanordnung oder an einem am Belaghalter (28) befestigbaren Belagträger (19) angeordnet sind. Zur Erreichung einer Vergleichmäßigung der beim Bremsen erzeugten Flächenpressung sind die Trägerbleche (7) schwenkbar am Belagträger (19) oder Belaghalter (29) angelenkt, wobei im Falle gruppenweiser Zuordnung mehrere (wenigstens zwei) Belagelemente (3) schwenkbar am Trägerblech (7) angeordnet sind. Im Schwerpunkt (D1, D2, D3) einander gruppenweise zugeordneter Belagelemente (3) liegt jeweils die unmittelbare Einleitungsstelle der Belaganpreßkräfte, wobei Flächen-Schwerpunkte (5) von im Dreieck einander zugeordneten Belagelement-Gruppen (1) jeweils die übergeordnete Position der Krafteinleitung der Bremsbetätigungsorgane beinhalten.

Description

B e s c h r e i b u n g
Bremsbelag für Teilbelag-Scheibenbremsen, insbesondere von Schienenfahrzeugen.
Die Erfindung betrifft einen Bremsbelag nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
Großflächige Bremsbeläge, wie bei Schienenfahrzeugscheibenbremsen üblich, weisen bei energiereichen Bremsvorgängen keine auch nur annähernd konstante Flächenpressung auf ihrer Reibfläche auf. Dies ist unter anderem auf ungleichmäßige Krafteinleitung von Seiten der Zuspannvorrichtung z.B. bei Verwendung von Schwalbenschwanzführungen zurückzuführen, auch auf die Tatsache, daß zufällig wärmere Bereiche der Oberflächen von Belag und Bremsscheibe auf Grund der Wärmeausdehnung der Reibmaterialien aus ihren Oberflächen hervortreten, wobei diese Bereiche höher belastet und deshalb im weiteren Fortgang des Bremsens heißer als die benachbarten Zonen werden. Die Folge derartiger "hotspots" auf Scheibe und Belag sind vorzeitige Wärmerisse an Scheibe und Belagschäden infolge thermischer Überlastung. Insbesondere bei harten Belagmaterialien (harzgebundene Materialien, Metallsinterstoffe) ist der vorgenannte Vorgang extrem stark ausgebildet.
Zur Vermeidung der vorstehenden Nachteile wurden - in erster Linie bei Verwendung von Sinterwerkstoffen - bereits Bremsbeläge eingesetzt, welche elastisch gelagerte Einzelelemente aufweisen (DE-OS 43 01 006). Bei derartigen Anordnungen sind jedoch im wesentlichen zwei Nachteile festzustellen: Die Flächenpressungen an den einzelnen Elementen sind nach wie vor nicht konstant, sie sind einfederungsabhängig entsprechend der jeweiligen Flächen-konstante der elastischen Bettung der einzelnen Elemente. Zudem ist der Belagaufwand insgesamt sehr aufwendig und folglich s ir teuer; es handelt sich um eine Verteuerung um das Vier- bis Sechsfache gegenüber organisch gebundenen, einsrückigen Belägen.
Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Bremsbelag der gattungsgemäßen Art mit baulich einfachen Mitteln so auszugestalten, daß eine Vergleichmäßigung der Flächenpressung an der Reibfläche der Bremsscheibe erzielbar ist. Es soll eine eindeutig definierte Aufteilung der Gesamtzuspannkraft auf die einzelnen Belagelemente ermöglicht sein. Zur Erzielung von Kosteneinsparungen soll es auch möglich sein, den Bremsbelag oder Teile desselben in kostengünstiger Weise auszutauschen.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale nach dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1.
Durch die Aufteilung des gesamten Belages in mehrere Belagelemente bzw. Gruppenelemente und durch die Art der Lagerung der Belagelemente bzw. Gruppenelemente an einem Tragkörper einschließlich Festlegung der Krafteinleitung der Zuspannkraft ist eine gleichmäßige Aufteilung dieser Zuspannkraft auf eine Vielzahl einzelner Belagelemente bzw. Belagklötze ermöglicht; zudem sind durch die Belagelemente bzw. Gruppenelemente kleine, auswechselbare Einheiten gebildet, was eine wesentliche Verbilligung gegenüber herkömmlichen Bremsbelägen mit Schwalbenschwanzführung beinhaltet. Bei symmetrisch zur Mittellinie des Tragkörpers (Belagträger oder Belaghalter) angeordneten Belagelementen bzw. aus Belagelementen gebildeten Belaggruppen ist die Aufteilung des Gesamtbelags in zwei Halbbeläge möglich, wobei als kleinste Belageinheit ein Belagelement pro Trägerblech vorgesehen sein kann. Die Belagelemente bzw. die durch diese gebildete Gruppen (Gruppenelemente) können mit dem sie tragenden Trägerblech entweder an einem gemeinsamen Belagträger oder direkt am Belaghalter angeordnet sein. Für die Vergleichmäßigung der Flächenanpressung ist sowohl die Art der Lagerung der Belagelemente an den Trägerblechen, die Art der Lagerung der Trägerbleche an ihrem Träger, dem Belagträger oder dem Belaghalter, als auch die Art der Einleitung der Zuspannkräfte gegenüber den gebildeten Schwerpunkten verantwortlich. Vorzugsweise besteht die Lagerung jedes einzelnen Elements, also jedes Belagklotzes am Trägerblech aus der Paarung einer Kugelpfanne mit einer Kugelkalotte, welche so ausgebildet sind, daß die resultierende Kraft aus Anpreßkraft am Bremsbelag und senkrecht dazu stehender Reibkraft jeweils senkrecht zu der an der Kugelpfanne bestehenden Kugelfläche steht. Die Resultierende verläuft hierbei durch den Flächenschwerpunkt des jeweiligen Belagelements im Bereich der Reibung an der Bremsscheibe. Bei Vergleichmäßigung der Flächenpressung des Gesamtbelages, also gleichmäßigerer Bremsscheibenbelastung, ist eine höhere Energieaufnahme der Scheibe bei vorgegebener Temperaturgrenze ermöglicht. Es liegt auch geringerer Verschleiß vor, da der Verschleiß mit der Temperatur überproportional steigt, bei einer Temperaturvergleichmäßigung bzw. -reduzierung demzufolge eine Reduzierung des Verschleisses erreicht wird. Durch Vergleichmäßigung der Flächenpressung und die gleichmäßigere Bremsscheibenbelastung ist natürlich auch die Gefahr der Wärmerißentstehung reduziert. Ein weiterer wesentlicher Vorteil von Bremsbelägen der vorgenannten Art liegt in wesentlich günstigeren Betriebskosten, da die einzelnen Belagelemente bzw. aus Belagelementen gebildete Gruppenelemente erheblich kostengünstiger sind als die bisher verwendeten Schwalbenschwanz - Belageinheiten in Element - bzw. Gesamtbauweise. Während es bei einteiligen Bremsbelägen bekannter Art, aber auch bei neueren, mehrteiligen Bremsbelägen erforderlich ist, bei einem Belagwechsel auch den vergleichsweise teuren Belagträger auszutauschen, ist es infolge der Aufteilung in Belaggruppen oder Einzelelemente, jeweils getragen von einem kostengünstigen Trägerblech, möglich, den Belagträger nach erneuter Bestückung mit Belagelementen bzw. -gruppen wieder zu verwenden. Die Belagelemente bilden in ihrer Gesamtanordnung vorzugsweise eine hinsichtlich der Bremsgeometrie vorteilhafte Kreisringsektorfläche, wodurch geringere Scheibenhohllaufneigung in Kauf zu nehmen ist. Die Reib- oder Belagelemente können Kreisform haben, sie können aber auch mehreckige Formgebung besitzen; sie können zusätzlich Verdreh-sicherungen aufweisen oder können in ihrer Formgebung so ausgebildet sein, daß sie sich gegen Verdrehung sperrend gegenseitig abstützen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können je drei Einzelelemente zu einem gemeinsamen Belagelement zusammengefaßt werden, was bei kautschukgebundenen organischen Belagmaterialien sinnvoll ist. Es ist möglich, die Belagelemente in vielfältiger Weise gelenkig an ihrem unmittelbaren Träger d.h. am Trägerblech zu befestigen, so mit Nietverbindungen, Schweißpunkt- Verbindungen, Schraub-Verbindungen etc. Von besonderer Bedeutung ist die gezielte Einleitung der Zuspannkräfte an einem Bremsbelag der verwendungsgemäßen Art. So kann die Lasteinleitung von Seiten der Zuspannvorrichtung über ein Kugelgelenk erfolgen, und zwar jeweils im Schwerpunkt eines Halbbelages. Es ist auch möglich, die Gesamtzuspannkraft über einen Waagebalken einzuleiten, der die Zuspannkraft von einem gemeinsamen Hebel auf beide Halbbeläge gleichmäßig aufteilt.
Bei einteiligen Trägerplatten als Belagträger für die Belagelemente bzw. Gruppenelemente ist im Bereich der gemeinsamen Mittellinie des Trägers eine gewisse Verschwenkbarkeit, z.B. durch Materialschwächung möglich, welche sicherstellt, daß die in den Schwerpunkten der beiden Halbbeläge drückenden Hebelkräfte gleichmäßig auf die Dreiecks- bzw. Schwerpunkte der Einzel- bzw. Gruppenelemente verteilt werden (statisch bestimmte Kräftezerlegung).
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren Patentansprüchen aufgeführt. Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
Figur 1 ist eine schematische Ansicht des aus mehreren Gruppenelementen bestehenden Bremsbelages gegenüber der Reibfläche einer schematisch angedeuteten Bremsscheibe, wobei zur Veranschaulichung der geometrischen Zuordnung auf die Darstellung des Belagträgers bzw. des Belaghalters verzichtet wurde;
Figur 2 ist eine Einzel-Schnittansicht von Linie II - II in Figur 3 unter Darstellung der Anlenkung zweier Belagelemente an einem Trägerblech und dessen Zuordnung zum Belagträger;
Figur 3 ist eine Draufsicht auf die Anordnung nach Figur 2;
Figur 4 ist eine gegenüber Figur 2 und 3 vergrößerte, schematisierte Einzel- Schnittansicht unter Darstellung des Kraftverlaufs an einem einzelnen Belagelement in seiner Zuordnung zum Trägerblech;
Figur 5 ist eine Unteransicht eines Belagträgers mit an diesem angelenkten Gruppenelementen, jeweils bestehend aus einem Trägerblech mit je 3 Belagelementen;
Figur 6 ist eine Längsansicht eines zur Halterung des Belagträgers nach Figur 5 dienenden Belaghalters;
Figur 7 ist eine gegenüber Figur 5 und 6 schematisierte Ansicht eines Belaghalters unter Darstellung der von unmittelbar angelenkten Gruppenelementen gebildeten Schwerpunkte D1,D2, und D3 und der durch die Schwerpunkte der Gruppenelemente gebildeten gemeinsamen Schwerpunkte zur Einleitung der halben Zuspannkraft je Belaghälfte;
Figur 8 ist eine der Fig.7 vergleichbare Ansicht eines Belaghalters mit an diesem unmittelbar angeordneten Belagelementen, wobei jeweils 3 Einzelelemente je Trägerblech jeweils zu einem gemeinsamen Belagelement zusammengefaßt sind;
Figur 9 ist eine der Figur 2 vergleichbare Schnittansicht unter Darstellung einer quasigelenkigen Anordnungen der Belagelemente am Trägerblech; und
Figur 10 ist eine den Fig. 2 und 9 vergleichbare Ansicht einer flach bauenden Anlenkung der Belagelemente am Trägerblech und Belagträger in ihrer Zuordnung zum Belaghalter. In Figur 1 der Zeichnung ist ein aus mehreren Gruppenelementen (1) mit Belagelementen (3) bestehender Bremsbelag in seiner Zuordnung zur Reibfläche (5) einer in ihren Umfangslinien angedeuteten, z.B. aus Stahl bestehenden Bremsscheibe (6) wiedergegeben. Die Gruppenelemente (1) sind jeweils aus den Belagelementen und einem sie tragenden Trägerblech (7) gebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind 9 derartige Gruppenelemente (1) mit jeweils 3 als Bremsklötze ausgebildeten Belagelementen (3) auf Trägerblechen (7), also insgesamt 18 Belagelemente, vorhanden. Die Belagelemente sind vorzugsweise in ihrer Gesamtfläche als Kreisringsektorfläche angeordnet, wie aus Figur 1 ersichtlich ist, und können z.B aus Sintermetall bestehen.
Im Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 1 sind jeweils 3 Reib- bzw. Belagelemente in nachfolgend erläuterter Weise an einem Trägerblech (7) angeordnet. Die verwendeten Trägerbleche (7) besitzen z.B. Dreiecksform, wobei die Belagelemente (3) an der der Reibfläche der Bremsscheibe zugewandten Seite der Trägerbleche (7) mit einem gewissen Freiheitsgrad der Verschwenkung angelenkt sind.
Gemäß Figur 2, welche einen Schnitt von Linie II - II in Figur 3 wiedergibt, ist jedes der Belagelemente (3) mittels einer Flachkopfschraube (9), einer Kuppe (11), einer Druckfeder (13) und einer Mutter (15) am Trägerblech (7) angelenkt. Die Flachkopfschraube (9) befindet sich in einer mittigen Ausnehmung (17) des Belagelements (3) und erstreckt sich in dargestellter Weise durch Bohrungen der Kuppe und des Trägerbleches, wobei unter Zwischenlagerung der Druckfeder (13) eine Gegenverschraubung mit Hilfe der Mutter (15) vorgesehen ist. Die Kuppe (11) ist in einer schalenförmigen Ausnehmung des Trägerbleches (7) eingefügt, die Lagerung jedes Belagelementes ist also durch eine Kugelpfanne und eine Kugelkalotte gebildet. Gemäß Figur 4, welche schematisch die Führung eines der Belagelemente am Trägerblech (7) veranschaulicht, wirken am Belagelement die Kräfte FR als Reibkraft und die Anpresskraft FA, woraus die resultierende Kraft F gebildet ist. Diese steht jeweils senkrecht zur Kugelfläche der Kugelpfanne. Der Mittelpunkt des Radius r ist in den Flächenschwerpunkt der Reibfläche des Belagelements gelegt. Die resultierende Kraft F verläuft demnach notwendigerweise durch den Flächenschwerpunkt des Belagelements; nur auf diese Weise ist eine annähernd konstante Flächenpressung P des Belagelements gegenüber der Reibfläche (5) der Bremsscheibe erzielbar.
Die unter Bezugnahme auf die zur Vergleichmäßigung der Anpreßkraft erläuterte Anordnung der Belagklötze bzw. Belagelemente am Trägerblech (7) gilt in gleicher Weise für die Anordnung der einzelnen Trägerbleche (7) an einem Belagträger (19) der z.B. in Figur 5 dargestellten Form. Der Belagträger ist als Trägerplatte vorgesehen, um die in Figur 1 schematisch dargestellten Trägerbleche (7) zu haltern. Hierbei sind (Figur 2) jedem der Trägerbleche wiederum eine Schraube (21), eine Kuppe (23), eine Druckfeder (25) und eine Mutter (27) zugeordnet; die einzelnen Trägerbleche (7) sind demnach in gleicher Weise wie die Belagelemente mit einem gewissen Freiheitsgrad der Schwenkbarkeit am Belagträger (19) angebracht. Figur 5 zeigt in Unteransicht an einem Belagträger (19) 3 der Trägerbleche (7) mit jeweils 3 an diesen angeordneten Belagelementen.
Der Belagträger (19) mit den an ihm angeordneten 18 Belagelementen ist seinerseits an dem in Figur 6 in rückwärtiger Ansicht dargestellten Belaghalter (29) montierbar. Der Belaghalter weist zur Aufhängung an einer Hängelasche dienende Augen (31) auf und trägt den Belagträger (19) von im wesentlichen vergleichbarer Konfiguration an seiner der Bremsscheibe zugewandten Seite. Hierzu ist der Belaghalter (29) beispielsweise an seinem nach Figur 6 unteren Ende mit einem durch einen Federbügel (33) verspannbaren Bolzen versehen, welcher an der bezüglich der Darstellung nach Figur 6 abgewandten Seite durch eines der Augen (35) des Belagträgers hindurchgreift, wobei weitere, vom Belagträger sich erstreckende Befestigungselemente (nicht dargestellt) durch Öffnungen des Belaghalters hindurchführbar und gegenüber dem Belaghalter verschraubbar sind. Es liegt hierdurch eine schnelle Demontierbarkeit des Belagträgers mit den an ihm angeordneten Belagelementen vom Belaghalter vor, da nach Lösen der vorgenannten Befestigungselemente bzw. Herausziehen des vom Federbügel verspannbaren Haltebolzens ein Abziehen des Belagträgers quer zum Belaghalter ermöglicht ist.
Die Trägerbleche mit den Belagelementen wurden unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 5 als an einem Belagträger gehaltert erläutert, wobei der Belagträger seinerseits an einem Belaghalter (Fig. 6) befestigbar ist. Für gewisse Anwendungsfalle ist auch eine direkte Befestigung der Trägerbleche am Belaghalter vorgesehen (Fig. 7).
Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Belaghalterung zum Zwecke der Vergleichmäßigung der Flächenpressung ist in der geometrischen Zuordnung der einzelnen Belagelemente, der sie tragenden Trägerbleche und deren Anordnung an einem Tragkörper (Belagträger oder Belaghalter) zu sehen. In der in Figur 7 schematisch wiedergegebenen unmittelbaren Halterung der Trägerbleche an einem Belaghalter ist ersichtlich, daß die einzelnen Gruppenelemente, bestehend aus 3 jeweils von einem Trägerblech getragenen Belagelementen, einen gemeinsamen Schwerpunkt Dl, D2, und D3 als Einleitungsstelle der Belaganpresskräfte aufweisen. Die Schwerpunkte Dl, D2 und D3 der 3 Gruppenelemente (1) bilden wiederum ein Dreieck, dessen Schwerpunkt S die Krafteinleitungsstelle der halben Gesamtzuspannkraft je Belag pro Scheibenseite bildet. Es ist hierbei davon auszugehen, daß zu beiden Seiten der Mittelachse 2 Halbbeläge mit je 9 Belagelementen an jeweils 3 Trägerblechen denkbar sind. Folglich sind zwei Schwerpunkte S pro Gesamtbelag vorhanden. An den beiden Schwerpunkten S liegen die Lasteinleitungsstellen der in Fig. 7 schematisch wiedergegebenen Bremshebel (37) oder entsprechende Druckpunkte von hydraulischen oder pneumatischen Bremskolben (nicht dargestellt). Vorzugsweise ist im Bereich der Krafteinleitung d.h. im Bereich des Schwerpunktes S jeweils eine Distanzscheibe (38) vorgesehen, derart, daß eine nahezu punktuelle Kraftübertragung vom Belaghalter auf den Belagträger ermöglicht ist. Die Distanzscheiben (38) können an einer der einander zugewandten Flächen vom Belagträger oder Belaghalter ausgebildet sein. Die über die Bremshebel (37) auf die in Fig.7 oberen und unteren Hälften des Gesamtbelages eingeleiteten Anpreßkräfte, die jeweils der halben Gesamt---usparιnkraft je Belag entsprechen, werden durch die vorbeschriebene Anordnung demnach über die Schwerpunkte S bzw. Dl, D2 und D3 gleichmäßig in die Trägerbleche (7) eingeleitet, wobei die Trägerbleche und die an diesen angeordneten Belagelemente die vorstehend erläuterte Lagerung aufweisen, so daß insgesamt eine Vergleichmäßigung der Flächenpressung des Gesamtbelages erreicht wird. Insgesamt wird eine gleichmäßigere Bremsscheibenbelastung erzielt (konstante Energiezufuhr über die Reibfläche) und somit die Gefahr der Wärmerißbildung reduziert. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist im quietschfreien Bremsverhalten der Belagelemente zu sehen, da sich diese infolge ihrer erfindungsgemäßen Lagerung nicht "aufstellen".
Was die Lasteinleitung am Belaghalter betrifft, so ist es möglich, diese von beiden Seiten der Zuspannvorrichtung über ein Kugelgelenk vorzusehen, und zwar jeweils im Schwerpunkt eines Halbbelages, wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig.7 erläutert wurde. Die Teilung des Belages in 2 Halbbeläge bei Einleitung jeweils hälftiger Zuspannkräfte setzt voraus, daß zwischen den beiden Hälften des Belagträgers (Fig.7) eine gewisse Eigenbeweglichkeit möglich ist. Fig.5 und 7 veranschaulichen, daß im Bereich der Mittellinie des Belagträgers bzw. Belaghalters eine durch ein Fenster bzw. eine Ausnehmung gebildete Schwächung des Materials vorgesehen ist, derart, daß die Hälften des Belagträgers bzw. -halters bezüglich der Mittellinie begrenzt schwenkbar sind, was in Verbindung mit der schwerpunktbezogenen Krafteinleitung zur Vergleichmäßigung der Anpreßkräfte beiträgt. Im Sinne der Einleitung der Zuspannkräfte ist es von besonderem Vorteil, mittels eines Waagebalkens zu arbeiten, der die Zuspannkraft von einem gemeinsamen Hebel auf beide Halbbeläge gleichmäßig aufteilen kann. Der gemeinsame Hebel verläuft hierbei mittig zum Belagträger bzw. Belaghalter.
Die in Figur 2,3 und 5 als sechseckig wiedergegebenen Belagelemente können jede andere Konfiguration besitzen, sie können z.B. rund sein, wie dies die schematische Ansicht nach Figur 1 und 7 veranschaulicht. Obwohl vorzugsweise pro Trägerblech 3 Belagelemente vorgesehen sind, kann deren Anzahl auch variieren, jeweils unter der Voraussetzung, daß die Einleitung der Anpreßkräfte in Folge der geometrischen Zuordnung der Schwerpunkte zu einer Vergleichmäßigung führt. Es ist auch möglich, je 3 Belagelemente zu einem einzigen Element zusammenzufassen; dies ist sinnvoll z.B. bei kautschukgebundenem, organischem Belagmaterial. In Fig. 8 ist eine derartige Anordnung wiedergegeben. Es sind 3 herzförmige Belagelemente pro Belaghälfte vorgesehen, also insgesamt 6 Belagelemente, welche von Trägerblechen gehaltert sind. Wie im Falle der Ausführungsform nach Fig. 7 sind die Trägerbleche unmittelbar am Belaghalter schwenkbar angeordnet, wobei die Krafteinleitung wiederum pro Belaghälfte im durch die Einzelschweφunkte der 3 Belagelemente gebildeten zentralen Schweφunkt erfolgt.
Gemäß Figur 9 können die Einzelelemente bzw. Belagelemente auch "quasigelenkig" am Trägerblech angeordnet sein, so z.B. durch Nietung, Schweißpunkt-Verbindung, durch Schraubverbindung etc. Die bei der Ausführungsform nach Fig.9 vorgesehenen Distanzstücke (39), welche jeweils zwischen den Belagelementen (1) und dem Trägerblech (7) eingefugt sind, erlauben die erforderliche begrenzte Verschwenkbarkeit zum Zwecke der Vergleichmäßigung der Anpreßkräfte. Natürlich ist es auch möglich, die Einzelelemente oder einen Anteil derselben verdrehsicher (z.B. Stift und Bohrung) auszubilden.
In Fig.10 der Zeichnung ist eine gegenüber der vergleichbaren Ansicht nach Fig.3 wesentlich niedriger bauende Ausführungsform der Halterung der Belagelemente (1) am Trägerblech (7) und der Halterung des Trägerblechs am Belagträger (19) dargestellt. Es sind den Flachkopfschrauben (9) vergleichbare Haltebolzen (41) vorgesehen, welche jeweils Bohrungen im Belagelement, in einer Kuppe (43) und im Trägerblech (7) durchgreifen, wobei Tellerfedern (45) die Haltebolzen hintergreifen, derart, daß die Belagelemente durch Federkraft an das Trägerblech herangezogen werden; in gleicher Weise ist die Halterung u. Verspannung des Trägerblechs gegenüber dem Belagträger ausgebildet. Der Vorteil der Anordnung nach Fig.10 ist darin zu sehen, daß zur Demontage des Belagträgers vom Belag-halter keine vertikalen Bewegungen relativ zu diesem erforderlich sind. Der Belagträger kann nach Lösen der unter Bezugnahme auf Fig.6 angedeuteten Bolzenhalterung - nach Lösen derselben - seitlich oder stirnseitig abgezogen werden. Hierdurch ist es sehr einfach, den Belagträger ohne Demontage des Belaghalters zu lösen, sodaß in kürzester Zeit ein kompletter Austausch des Belagträgers vorgenommen werden kann. Es ist auch möglich, bei Bedarf einzelne der Belagelemente und/oder einzelne der Trägerbleche mit an diesem gehalteren Belag-elementen auszutauschen. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber bekannten Konstruktionen mit sogenannter Schwalbenschwanzführung dar, bei welchen einteilige Bremsbeläge nach Verschleiß zusammen mit ihrem Belagträger ausgetauscht werden müssen, während die erfindungsgemäße Ausbildung des Bremsbelages die erneute Verwendung des Belagträgers, ggf. auch der Trägerbleche, vorsieht. Bezugszeichenliste
1 Gruppenelement
3 Belagelement
5 Reibfläche
6 Bremsscheibe
7 Trägerblech
9 Flachkopfschraube
11 Kuppe
13 Druckfeder
15 Mutter
17 Ausnehmung
19 Belagträger
21 Schraube
23 Kuppe
25 Druckfeder
27 Mutter
29 Belaghalter
31 Auge
33 Federbügel
35 Auge
37 Bremshebel
38 Distanzscheibe
39 Distanzstück
41 Haltebolzen
43 Kuppe
45 Tellerfeder
Dl Schweφunkt
D2 Schweφunkt
D3 Schweφunkt
S Schweφunkt

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Bremsbelag für Teilbelag-Scheibenbremsen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, bestehend aus mehreren Belagelementen, welche an einer einen Tragköφer aufweisenden Halterung geführt und durch am Tragköφer einwirkende Bremsbetätigung an die Reibfläche einer Bremsscheibe anpreßbar sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a. die Belagelemente (3) sind unmittelbar an Trägerblechen (7) angeordnet; und
b. die Trägerbleche (7) sind schwenkbar am Tragköφer (Belagträger oder Belaghalter) angelenkt.
2. Bremsbelag nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a. es sind mehrere Belagelemente (3), wenigstens zwei, je einem Trägerblech (7) , mit diesem ein Gruppenelement (1) bildend, zugeordnet; und
b. die Halterung der Belagelemente am zugeordneten Trägerblech ist schwenkbar, derart, daß die einzelnen Belagelemente (3) relativ zur Gruppe und relativ zu den weiteren Belagelementen (3) des Bremsbelages schwenkbar sind.
3. Bremsbelag nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a. jedem der einzelnen Belagelemente (3) ist jeweils gesondert ein Trägerblech (7) zugeordnet; und b. die Belagelemente sind jeweils starr mit dem Trägerblech verbunden.
4. Bremsbelag nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a. es sind mehrere, jeweils aus Belagelementen und Trägerblech gebildete Gruppenelemente (1) je Belaghälfte vorgesehen;
b. die Gruppenelemente (1) weisen in ihrem Schweφunkt die Einleitungsstelle der Belaganpreßkräfte auf; und
c. die Schweφunkte jeweils wenigstens dreier Gruppenelemente (1) bilden ein Dreieck, dessen Schweφunkt die Krafteinleitungsstelle der halben Gesamtzuspannkraft je Bremsbelag pro Scheibenseite bildet.
5. Bremsbelag nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a. es sind je Belaghälfte 3 Gruppenelemente (1) vorgesehen; und b. jedes der Gruppenelemente weist 3 Belagelemente auf.
6. Bremsbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppenelemente schwenkbar an einem plattenförmigen Belagträger (19) angelenkt sind, und daß der Belagträger schnellöslich am Belaghalter (29) der Bremsscheibenanordnung befestigbar ist.
7. Bremsbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppenelemente unmittelbar am Belaghalter (29) der Bremsscheibenanordnung schwenkbar angelenkt sind.
8. Bremsbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ein Belagelement (3) tragenden Trägerbleche schwenkbar an einem plattenförmigen Belagträger (9) angelenkt sind, und daß der Belagträger schnellöslich am Belaghalter (29) der Bremsscheibenanordnung befestigbar ist.
9. Bremsbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ein Belagelement (3) tragenden Trägerbleche (7) unmittelbar am Belaghalter (29) der Bremsscheibenanordnung schwenkbar angeordnet sind.
10. Bremsbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a. die Belagelemente (3) sind jeweils mittels einer Kugelkalotte in einer Kugelpfanne der zugewandten Seite des Trägerblechs (7) schwenkbar geführt;
b. es ist jeweils ein die Belagelemente (3) und das Trägerblech (7) durchsetzendes Halteelement vorgesehen; und
c. mittels einer jeweils am Halteelement (Flachkopfschraube; Haltebolzen) angreifenden Feder sind die Belagelemente (13) im Rahmen ihrer Verschwenkbarkeit elastisch gegenüber jeweils dem Trägerblech (7) verspannt.
11. Bremsbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Krafteinleitung der beiden Belaghälften je eine Distanzscheibe (38) zwischen Belagträger und Belaghalter vorgesehen ist, derart, daß die Kraftübertragung vom Belaghalter auf den Belagträger im Bereich der Distanzstücke erfolgt.
12. Bremsbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Belagträger (19) im Bereich seiner Mittellinie begrenzt um diese schwenkbar ist. 13
13. Bremsbelag nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Belagträger im Bereich seiner Mittellinie mit einer Materialschwächung versehen ist.
14. Bremsbelag nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Belaghalter (29) bei unmittelbarer Anlenkung der Belag- und Gruppenelemente im Bereich seiner Mittellinie begrenzt um diese schwenkbar ist.
15. Bremsbelag nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine im Bereich der Mittellinie des Belaghalters befindliche Materialschwächung .
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