DE3320543A1

DE3320543A1 - Bremsscheibe, insbesondere wellenbremsscheibe fuer schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE3320543A1
Application number: DE19833320543
Authority: DE
Inventors: Xaver Dipl.-Ing. Dr. 8045 Ismaning Wirth
Original assignee: Knorr Bremse GmbH; Knorr Bremse AG
Current assignee: Knorr Bremse AG
Priority date: 1983-06-07
Filing date: 1983-06-07
Publication date: 1984-12-13

Description

Bremsscheibe, insbesondere Wellen-
bremsscheibe für Schienenfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
Bremsscheiben für Scheibenbremsanlagen von Schienenfahrzeugen bestehen im allgemeinen aus einem Reibring und einem Nabenkörper, welche mittels radialer Speichen miteinander verbunden sind, zum Beispiel durch Spannhülsenverbindungen etc. Bekannt sind auch aus einem Stück gefertigte Bremsscheibenkörper, welche aus Stahl oder aus Sphäroguß-Material bestehen. Aus einem Stück bestehende Bremsscheibenkörper dieser Art werden auch als Monoblock-Bremsscheiben bezeichnet. Die Verwendung von Stahl oder von Sphäroguß für die Herstellung von Bremsscheiben von Schienenfahrzeugen ist mit gewissen Problemen des Wärmeverhaltens und/oder der Herstellung verbunden. So ist es bei Bremsscheiben der in Rede stehenden Art im allgemeinen erforderlich, durch konstruktive Maßnahmen dem Umstand Rechnung zu tragen, daß sich die den Reibring mit der Nabe verbindenden Speichen thermisch anders verhalten als der Reibringkörper selbst. Es treten hierbei insbesondere im Bereich des übergangs zum Nabenkörper und im Bereich der Verbindung zum Reibringkörper thermisch bedingte Spannungsprobleme auf.
Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine baulich einfache Bremsscheibe zu schaffen, welche als Monoblock-Bremsscheibe hergestellt werden kann und welche hinsichtlich thermischer Belastung als auch hinsichtlich der Aufnahme mechanischer Spannungszustände den gesetzten Erfordernissen genügt.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale nach dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren Unteransprüchen aufgezeigt.
Die als Monoblockscheibe ausgebildete Bremsscheibe in ihrer beanspruchten Formgebung kennzeichnet sich durch diejenigen günstigen Eigenschaften von Graugußmaterial bzw. Graugußlegierungen, derart, daß diesem Material, auch bei Anwendung an Bremsscheiben der in Rede stehenden Art, eine drei- bis fünfmal höhere Druckfestigkeit als Zugfestigkeit zukommt, ferner eine dreimal höhere Druckschwellfestigkeit als Zugfestigkeit und das vorteilhafte Verhalten, daß gegenüber Stahl bei gleicher Spannung ca. doppelte elastische Dehnung vorliegt.
Infolge der großen elastischen Dehnung des Materials ergeben sich relativ große radiale Wege, insbesondere im Bereich der verbindenden Speichen.
Infolge der durch Schlitzung vorgenommenen Aufteilung des Nabenkörpers in mehrere einzelne Nabenabschnitte ist die Möglichkeit gegeben, die Nabe ohne Bruchgefahr auf einer Welle mit übermaß aufzuziehen bzw. aufzuschrumpfen. Aus Graugußlegierungen bestehende Monoblockscheiben gemäß der Erfindung erweisen sich darüber hinaus als billiger gegenüber Sphäroguß-Bremsscheiben, sie besitzen zudem bessere Reibeigenschaften und besseres Thermoschockverhalten als Sphäroguß-Scheiben. Von besonderer Bedeutung ist der Umstand, daß Grauguß-Bremsscheiben nach der Erfindung thermisch höher belastbar sind als vergleichbare Sphäroguß-Scheiben; insbesondere ist eine schnelle Aufheizung der Speichen infolge der besseren Wärmeleitfähigkeit ermöglicht, d.h., daß die Gefahr von thermisch bedingten Rissen und Bruchzuständen reduziert ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
Figur 1 ist eine Teilschnittansicht einer Bremsscheibe nach der Erfindung unter Darstellung der mehrteiligen Nabe; Figur 2 ist eine Schnittansicht von Linie II-II in Fig. 1; und Figur 3 ist eine der Fig. 1 vergleichbare Schnittansicht einer Bremsscheibe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Die in Fig. 1 dargestellte Bremsscheibe, welche als Monoblockscheibe bezeichnet wird, ist als ein einteiliger, aus einem Gußstück bestehender Rotationskörper gefertigt, welcher aus Grauguß bzw. einer Graugußlegierung besteht.
Die erfindungsgemäß aus Graugruß (GG) bestehende Bremsscheibe besitzt einen Reibring 1 mit den beiden Reibringhälften 3 und 5, welche durch Rippen 7 miteinander verbunden sind. Die Rippen 7 erstrecken sich unter einem vorbestimmten Abstand zueinander zwischen den Reibringhälften 3 und 5, derart, daß eine ausreichende Radialbelüftung des Reibrings 1 gegeben ist. Anstelle der in Fig. 1 und 2 dargestellten Formgebung und Zuordnung der Rippen 7 sind andere konstruktive Auslegungen denkbar.
An den beiden Reibringhälften 3 und 5, d.h. an den axial außen liegenden Reibflächen 9 und 11 derselben kommen die Bremsbacken mit ihrem Bremsbelag zur Anlage.
Der Reibring 1 besitzt darüber hinaus unter einem vorbestimmten Winkelabstand zueinander radial sich erstreckende Speichen 13, welche ebenso wie die Rippen 7 einstückig mit den Reibringhälften 3 und 5 gegossen sind und aus Grauguß bestehen. Die Speichen 13 stellen die Verbindung zwischen dem Reibring 1 und der Nabe 15 her. Die Nabe 15 ist als ein mehrfach axial geschlitzter Innenring der Speichen 13 ausgebildet; im dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besteht die Nabe 15 aus mehreren Nabenabschnitten 17, welche jeweils mit zwei Speichen 13 einstückig gegossen sind. Da die Nabenabschnitte 17 jeweils durch einen durchgehenden axialen Schlitz 19 voneinander getrennt sind, besitzen sie eine gewisse Eigenbeweglichkeit, wie nachfolgend ausgeführt ist.
Die Schnittansicht nach Fig. 2 zeigt den Reibring 1 in seiner Montageposition auf einer Welle 20 . Es ist ersichtlich, daß sowohl der den Reibring 1 tragende Wellenbund 21 als auch die Nabe 15 leicht konisch ausgebildet sind, d.h., daß der Reibring 1 in der Darstellung nach Fig. 2 von links nach rechts gerichtet auf die Welle bzw.
den Wellenbund 21 aufgezogen wird. Hierzu bedient man sich eines an sich bekannten Verfahrens. Nach dem Aufziehen des Reibrings 1 werden endseitig auf die Nabe 15 Spannringe 23 und 25 aufgeschoben, wonach die beiden Spannringe 23 und 25 mittels Spannschrauben 27 gegenseitig verspannt werden. Da auch die Spannringe 23 und 25 und die sie tragenden Außenflächen der Nabe 15 leicht konisch ausgebildet sind (Fig. 2), wird durch das gegenseitige Zusammenziehen der Spannringe ein radial nach innen gerichteter Druck auf die Nabe 15 und auf den Wellenbund 21 ausgeübt. Hierdurch erfolgt eine verstärkte Fixierung des Reibrings 1 auf der Welle 19 des Schienenfahrzeugs. Diese Fixierung reicht in jedem Fall aus, die zur Wirkung kommenden Bremsmomente zu übertragen.
Die Position und die Anzahl der Spannschrauben 27 ist dem jeweiligen Anwendungsfall anzupassen; Fig. 1 läßt erkennen, daß sich beispielsweise Spannschrauben jeweils durch zwei mit einem gemeinsamen Nabenabschnitt verbundene Speichen 13 erstrecken.
Im Rahmen der Erfindung kann die Nabe 15 auch derart axial geschlitzt und demnach in mehrere Nabenabschnitte aufgeteilt sein, daß jeweils ein Nabenabschnitt mit einer Speiche 13 verbunden ist. Gleichermaßen ist es auch möglich, daß ein Nabenabschnitt drei Speichen trägt.
Die Montage- und Betriebsverhältnisse des Reibrings auf der Welle sind wie folgt: Beim Aufschrumpfen bzw. Aufziehen der Nabe auf dem Wellenbund besteht ein Ubermaß des Wellenbunds von ca. 1 mm.
Demnach stehen in montiertem Zustand (ohne Spannringe) die Speichen 13 unter reiner Druckspannung, bedingt durch das vorgenannte Übermaß. Die Druckspannung kann eine Größe bis zur DruckdauerschwelFestigkeit besitzen. Bei thermischer Belastung, also im Betrieb der Bremsscheibe, darf sich der Reibring 1 je nach geforderter Gesamtlastspielzahl ausdehnen, bis die vorgenannte Rippenspannung den Wert Null einnimmt bzw. die Zugfestigkeit knapp erreicht wird (Bruchgrenze). Infolge der großen elastischen Dehnung des Graugußmaterials ergeben sich relativ große radiale Wege. Durch die beiden Spannringe 23 und 25 werden die Randbereiche der geschlitzten Nabe auf die Welle21 verspannt; hierdurch wird das Drehmoment mit ausreichender Sicherheit übertragen, auch dann, wenn die Speichen spannungsfrei oder infolge starker thermischer Belastung zugbelastet sind. Durch die gute Wärmeleitfähigkeit von Graugußlegierungen, wie sie für den Reibring 1 verwendet werden, erwärmen sich die Speichen 13 schnell, wodurch eine zusätzliche Längung der Speichen eintritt.
In Fig. 3 der Zeichnung ist ein Reibring 1 dargestellt, welcher seinem Aufbau nach dem Reibring nach den Fig. 1 und 2 gleicht. Anstelle der Spannringe 23 und 25 sind vergleichbare Spannringe 29 und 31 vorgesehen, welche vor dem Aufziehen bzw. Aufschrumpfen des Reibrings auf der Welle mittels Sicherungsringen 33 auf den Randbereichen der geschlitzten Nabe fixiert werden. Die Verspannung der Spannringe 29 und 31 gegenüber dem Wellenbund erfolgt durch das Aufziehen des Wellenbunds, welcher wiederum ein Übermaß von zum Beispiel 1tmm gegenüber der Nabe besitzt.

Claims

Patentansprüche S Bremsscheibe, insbesondere Wellenbremsscheibe für Schienenfahrzeuge, welche als ein einstückiger Rotationskörper besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe aus Grauguß gefertigt ist.
2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet5 daß die Nabe (15) der Bremsscheibe aus mehreren, durch axial gerichtete Schlitze (19) voneinander getrennten Nabenabschnitten (17) besteht, und daß die Nabenabschnitte (17) mittels jeweils mindestens einer Speiche (13) mit dem Reibring (1) der Bremsscheibe verbunden sind.
3. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial außen liegenden Enden der Speichen (13) mit den den Reibring (1) bildenden,Reibflächen (9; 11) aufweisenden Reibringhälften (3; 5) verbunden sind.
4. Bremsscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibringhälften (3; 5) durch gegenseitigen Abstand besitzende Rippen (7) miteinander verbunden sind.
5. Bremsscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei Befestigung auf einer Welle, dadurch gekennzeichnet, daß auf den außenliegenden Randflächen der geschlitzten Nabe (15) Spannringe (23, 25) aufgesetzt sind, wobei die Spannringe durch axial sich erstreckende Spannschrauben (27) miteinander verbunden sind.
6. Bremsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spannschrauben (27) jeweils axial durch den Freiraum zwischen zwei Speichen (13) erstrecken.
7. Bremsscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei Befestigung auf einer Welle, dadurch gekennzeichnet, daß auf den außenliegenden Randflächen der Nabe durch Sicherungsringe (33) gesicherte Spannringe (29, 31) aufgebracht sind.