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Rad, insbesondere Schienenrad, mit drehmomentschlüssig befestigter Bremsscheibe
Die Erfindung betrifft ein Rad, insbesondere Schienenrad, mit drehmomentschlüssig befestigter Bremsscheibe, die auf der Radnabe axial unverschieblich, jedoch lösbar, angeordnet ist.
Die beim Bremsen auf die Scheibenstirn wirkende Bremskraft kann grösser als die radiale Radlast sein.
Es ist eine biegungssteife Bremsscheibe bekanntgeworden, die die Bremskraft auf die Nabe des Rades über- trägt. Die zur Aufnahme des Biegemomentes breite Nabe der Bremsscheibe ist auf die Nabe des Rades aufgeschrumpft, was eine entsprechend lange Nabe des Rades nötig macht. Die Anordnung hat vor allem daher keine Bedeutung erlangt. Man ging zur Vermeidung grosser Bremsscheibenbiegemomente dazu über, den Bremsscheibenrücken an der Radscheibe bzw. an Radspeichen oder auch unter Durchdringung der Radscheibe oder des Speichensterns am Rücken einer an der andern Radseite befindlichen zweiten Bremsscheibe abzustützen.
Von den bekannten Anordnungen der letztgenannten Art gewann besonders ein Schienenrad Bedeutung, bei dem die Bremsscheiben zu beiden Seiten der Radscheibe auf der Nabe zentriert und gegenseitig durch Bolzen abgestützt sind, die die Radscheibe, ohne sie zu berühren, durchdringen. Zur Befestigung der Bremsscheiben dienen Durchgangsschrauben, die die Radscheibenwurzel zwischen den Bremsscheiben einklemmen. Die Brernsmomentübertragung erfolgt durch die Befestigungsschrauben oder durch von den Beiestigungsschrauben durchsetzte Passbüchsen. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, vor allem die Wurzel der Radscheibe il1folge der Durchgal1gslöcher erheblich zu schwächen, wodurch dieselbe in den ungeschwächten Bereichen dicker bemessen sein muss.
Ferner ist auch die Radscheibe selbst durch die Löcher geschwächt, die, in Nähe der Felge angeordnet, für den Durchtritt der Stützbolzen, mit denen sich die Bremsscheiben gegeneinander abstützen, vorgesehen werden müssen.
Es ist. auch bereits ein Schienenrad mit Bremsscheiben bekanntgeworden, bei dem eine Bremsscheibe auf der Nabe des Rades lösbar durch Schrauben befestigt war. Hier traten die gleichen Schwierigkeiten und Nachteile auf, wie im vorstehenden geschildert.
Schliesslich ist auch ein Schienenrad mit einer Bremsscheibe bekanntgeworden, die durch Schrauben an der Felge oder an Ansätzen der Felge drehmomentschlüssig befestigt war, wobei jedoch an der Nabe keine Abstützung vorgesehen war. Hier wird durch die Bohrlöcher für die Befestigung der Bremsscheibe die Felge geschwächt und es treten starke Biegebelastungen auf, wenn die Bremskräfte grösser werden.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile und Schwierigkeiten zu vermeiden und Bremsscheiben so am Rad anzuordnen, dass dasselbe nicht geschwächt wird und die Abstützung derart erfolgt, dass Belastungen des Rades auf ein Minimum reduziert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, ein Rad der eingangs geschilderten Art so auszubilden, dass die Bremsscheibe ausser auf der Nabe auch mit am Aussenrand ihres Rückens aufgesetzten Nocken an der Felge abgestützt ist und der Drehmomel1tschluss an der Berührungsstelle entweder zwischen Nabe und Bremsscheibe oder zwischen Radkörper und Bremsscheibe oder an beiden Stellen vorgesehen ist.
Das erfindungsgemässe Rad benutzt als eine Befestigungsstelle der Bremsscheibe die Nabe, wo bau-
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lich die günstigsten Verhältnisse vorliegen, und geht von der Erkenntnis aus, dass die Felge ein für die
Bremsscheibenanordnung bisher wenig genutzte aber recht günstiger Teil des Radkörpers ist. Die Felge hat nämlich selbst bei Leichtbaurädern noch Belastungsreserven. Sie ist stets genau kreisrund und bietet damit gute Anschlussmöglichkeiten für die Bremsscheibe. Wegen des grossen Abstandes von der Achse hat sie bei der Bremsmomentübertragung an den Radkörper kleinere Kräfte aufzunehmen als irgendein ande- rer im Durchmesser kleinerer Teil des Radkörpers. Bei Rädern mit nur einer Bremsscheibe kommt hinzu, dass die Übernahme der Bremskraft in der Felge keine artfremde Belastung hervorruft, denn auch der Axial- schub, den der Radreifen z.
B. beim Kurvenfahren erfährt, ist eine von der Felge an einem Punkt des Um- fanges aufgenommene Axiallast. Überdies bestehen bei dem erfindungsgemässen Rad baulich die besten
Voraussetzungen zur Ausbildung des Bremsscheibenrückens als Lüfter, wobei sich sehr kleine Abstände zwischen der Bremsscheibe und dem Radkörper verwirklichen lassen.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden für die Verbindung der Bremsscheiben sowohl mit der Nabe als auch mit der Felge ausschliesslich von aussen angreifende Haltemittel, wie Gewindering- ge, Zylinderstifte, Keile, Ringe oder Ringfederspannelemente, vorgesehen. Diese Befestigungsart wird er- möglicht dadurch, dass eine Abstützung der Bremsscheibe sowohl auf der Nabe als auch an der Felge er- folgt. Die ausschliesslich aussen angreifenden Haltemittel bringen den ausserordentlichen Fortschritt mit sich, dass weder die Nabe noch die Radscheibe durch Durchbrechungen geschwächt zu werden brauchen, der Kraftfluss also ungestört ist und die Bemessung in insbesondere beim Leichtbau angestrebter Weise leicht erfolgen kann.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der Sitz der Bremsscheibe drehmomentübertragen- de Anflächungen besitzen. Es ist auch daran gedacht, dass der Sitz der Bremsscheibe durch stirnseitig in radiale Nuten der Bremsscheibe und der Nabe eingepasste, drehmomentübertragende Keile gesichert ist, die an der Nabenstirn festgeschraubt sind. Weiterhin können der äussere Bereich einer dickwandigen Nabe zum Anschraubflansch ausgedreht und die Innenteile der Bremsscheibe mit der Nabe durch Zylinderstifte und auf dem gleichen Teilkreis angeordnete Schrauben verbunden sein.
Nach einem weiteren Vorschlag kann die Felge radiale Mitnehmerstifte besitzen, auf deren freie, angeflächte Enden die Bremsscheibe mit Nocken aufgeschoben ist. In radialen Bohrungen der Felge können vor dem Aufschrumpfen des Radreifens Mitnehmerstifte eingesetzt sein, deren freie Enden in Bohrun- gen von Nocken der Bremsscheibe hineinragen.
Schliesslich wird noch vorgeschlagen, an die Felge als Auflager der Nocken dienende Nasen anzuschweissen und zur Aufnahme von achsparallelen Schrauben, Spannstiften u. dgl. auszubilden.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen : Fig. 1 im Querschnitt ein Schienenrad mit einem Paar auf abgeflachter Nabe sitzenden Bremsscheiben, die sich an der Felgenstirn abstützen ; Fig. 2 das Schienenrad nach Fig. 1, in Ansicht gemäss Pfeilrichtung II, jedoch ohne den Gewindering und ohne den Radreifen ; Fig. 3 1m Querschnitt ein Schienenrad mit einem Paar Bremsscheiben, die sich an der Felge abstützen und durch konische Spannhülsen auf den Naben festgespannt sind ; Fig. 4 im Querschnitt ein Schienenrad ähnlich Fig. 3, jedoch mit Flanschbefestigung der Bremsscheiben an den Naben ; Fig. 5 im Querschnitt ein Schienenrad mit einem Paar Bremsscheiben, die sich an abgeflachten Mit- uehmerstiften der Felge abstützen und auf. der Nabe durch Radialkeile gesichert sind ;
Fig. 6 das Schienenrad nach Fig. 5, inAnsicht entsprechend Pfeilrichtung VI, jedoch ohne den Radreifen ; Fig. 7 ein Detail der
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jedoch ohne den Radreifen ; Fig. 10 im Querschnitt ein Schienenrad mit einem Paar Bremsscheiben, die an den Walzen der Felge und auf Konen der Naben festgeschraubt'sind ; Fig. 11 ausschnittsweise im Querschnitt die Befestigungsstelle einer Bremsscheibe an der Felge nach Fig. 10, jedoch unter Verwendung von Spannstiften und Fig. 12 ein Schienenrad mit einem Paar Bremsscheiben, ähnlich Fig. 3, jedoch mit einem zylindrischen Sitz, der ein Ringfeder-Spannelement aufnimmt.
In den Ausführungsbeispielen, ausgenommen Fig. 4, ist 1 eine Leichtradscheibe mit radialer und tan- genialer Wellung, d. h. mit doppelter Wellung. Auf die Felge 2 der Leichtradscheibe ist ein Radreifen 3 aufgeschrumpft und durch einen Sprengring 4 gesichert. An einem solchen bekannten Rad bzw. an einem in Fig. 4 dargestellten bekannten Rad mit einfacher Wellung der Radscheibe, sind beiderseitig der Radscheibe Bremsscheiben befestigt, bei denen in bekannter Weise die Scheibenstirn 5 parallel zur Radebene liegt. Die Bremsscheiben bestehen vorteilhaft aus Stahlguss, können aber auch aus Grauguss oder einem andern geeigneten Material bestehen.
In allen Ausführungsbeispielen ist jede Bremsscheibe unabhängig davon, ob sie einstückig ist oder ob sie-in einer Durchmesserebene geteilt-zweistückig ist, mit Kühl-
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lufteintrittsöffnungen 9 versehen. Dadurch erhält die Bremsscheibe eine Gestalt, bei der im folgenden der mit der Scheibenstirn 5 versehene Teil mit"AussenteU"6 und der mit der Zentralöffnung versehene
Teil mit "Innenteil" 7 bezeichnet wird. Die beiden Teile 6 und 7 sind durch zwischen den Kühlluftöff- nungen 9 stehengebliebene"Stege"8 miteinander verbunden. Versteifungsrippen 10 und 11 dienen zu- gleich als Kühlrippen und Lüfterflügel.
In dem Beispiel nachFig. 1 und 2 ist der Sitz 12 des Innenteils 7 einer Bremsscheibe 13 oder 14 zylindrisch und ist. mf den entsprechend abgedrehten Teil der Nabe 15 bzw. 16 bis zur Berührung mit einer An- schlagschulter 17 aufgeschoben. Ein durch einen umgebogenen Blechring 18 gesicherter Gewindering 19 sichert die Bremsscheibe gegen Lösen. Der zylindrische Sitz 12 ist durch zwei parallel gegenüberliegende
Abflachungen 20 unterbrochen, die wie Backen eines Schraubenschlüssels mit entsprechenden Abflachun- gen der Nabe korrespondieren. Das den Ring 19 aufnehmende Gewinde ist durch die Abflachungen 20 und durch für den Blechring 18 vorgesehene Nuten 21 unterbrochen. Die beiden Abflachungen 20 zentrieren die Bremsscheibe nur in der Ebene 25.
Zur Zentrierung in der Ebene 26 dienen zwei kleine Abflachun- gen 27, die das Gewinde nicht verletzen und kein Drehmoment übertragen. Die Abflachungen 20 und 27 werden gefräst bzw. gestossen oder geräumt. Die restlichen Umfangsteile 28 der Zentralöffnung können unbearbeitet bleiben und haben daher einen radialel1Abstand von der entsprechenden, gedrehten Zapfen- fläche 29.
In dieser Ausführungsform ist der Innenteil 7 der Bremsscheibe auf der Nabe unverschieblich und dreh- momentschlüssig, jedoch lösbar befestigt. Der Sitz 12 kann verhältnismässig schmal sein, weil er keine
Biegemomente der Bremsscheibe an die Nabe zu übertragen braucht. Die aus der beim Bremsen auf die
Scheibenstirn 5 wirkende Bremskraft herrührenden Querkräfte der Bremsscheibe werden an der Anschlagschulter 17 und über Nocken 22 an der Felgenstirn 23 abgestützt. Für die aus der Bremskraft herrührenden
Biegemomente ist die Scheibe ausreichend tragfest bemessen. Da die Bremsscheibe aussen und innen abgestützt ist, kann sie die auftretenden Biegemomente schol1 bei verhältnismässig kleinen Wandstärken auf- nehmen.
Sie braucht kaum dicker bemessen zu werden als diejenigen bekannten Bremsscheiben, deren Rücken sich gegenseitig über Bolzen abstützen, die die Radscheibe durchdringen.
Die Nocken 22 sind (z. B. sechs Stück) über den Umfang verteilte Ansätze am Aussenrand des Rükkens des Aussenteils 6. Sie sind an der die Felgenstirn berührenden Fläche 24 sorgfältig bearbeitet. Das entsprechende Mass"a"zwischen der Anschlagschulter 17 der Nabe und der Stirn 23 der Felge ist eng toleriert, damit beide Stellen eine gleichzeitige Berührung gewährleisten. Damit dies mit besonderer Sicherheit geschieht, kann die die Anschlagschulter 17 berührende Stirnfläche des Innenteils 7 etwas zurücktreten, um erst nach Verspannung der Bremsscheibe durch den Gewindering 19 zur Berührung zu kommen. Die Bremsscheibe ist elastisch genug, den bei einem hohen axialen Spurkranzdruck auftretenden elastischen axialen Auswanderungen der Felge zu folgen.
Der die Nocken 22 berührende Teil der Felgenstirn ist mit dem der gegenüberliegenden andern Felgenstirn planparallel gedreht, damit die Nocken bei während des Bremsens heiss gewordenen Bremsscheiben deren Durchmesservergrösserung widerstandslos folgen können. Zwischen den Nocken ist ein genügend grosserAbstand"b"vorhanden, um den Kühlluftaustritt mit der Weite"c"nicht nennenswert zu behindern.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist auf das zylindrisch abgedrehte Ende einer Nabe 60 bzw. 61 eine aus der Wälzlagertechnik bekannte konische Spannhülse 62 aufgeschoben. Auf den geschlitzten Spannkonus ist eine mit konischem Sitz verschiebbare Bremsscheibe 64 bzw. 65 so fest mit der Nabe verspannt, dass die Befestigung ohne weiteres, oder mit in der Spanntechnik an sich bekannten Hilfsmitteln, das Bremsmoment an die Nabe überträgt. Der Gewindering 66 ist durch ein Abbiegeblech 67 gesichert.
In dem Beispiel nach Fig. 4 ist ein Radreifen 70 auf die Felge 71 einer einfach gewellten Radscheibe 72 aufgeschrumpft und durch den Sprengring 4 gesichert. Die bei solchen Radscheiben verhältnismässig dicken Naben 73 und 74 sind zu einem Anschraubflansch 75 ausgedreht. 76 ist Zentriersitz einer Bremsscheibe 77 bzw. 78. Der Innenteil 7 der Bremsscheibe ist mit über den Umfang des Flansches verteilten Schrauben 79 festgeschraubt. Die Übertragung des Bremsmomentes an die Nabe erfolgt über Zylinderstifte 80, die im Teilkreis der Schrauben 79 sitzen.
In dem Beispiel nach Fig. 5,6 und 7 ist der Sitz 30 des Innenteils einer Bremsscheibe 31 oder 32 ebenso wie in Fig. 1-4 zylindrisch und auf den entsprechend abgedrehten Teil der Nabe 33 bzw. 34 bis zur Berührung mit einer Anschlagschulter 35 aufgeschoben. In die äussere Stirnfläche des Innenteils 7 und in die Nabe 33 bzw. 34 sind über den Umfang verteilt z. B. sechs radiale Nuten 36 eingefräst. Darin liegen eingepasst Keile 37, die an der Nabenstirn mit Schrauben 38 gesichert sind.
Am Umfang der Bremsscheiben 31 und 32 sind beispielsweise sechs Nocken 39 mittelbar über radiale Mitnehmerstifte 40 an der Felge 2 abgestützt, u. zw. hinsichtlich des Bremsmomentes drehmomentschlüs-
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sig. Dazu sitzen die Mitnehmerstifte 40 mit zylindrischen oder leicht konischen Enden unverlierbar fest in der Felge. Sie werden vorzugsweise vor dem Aufschrumpfen des Radreifens 3 in die Felge eingesetzt und gesichert. Die aus'der Felge herausragenden Enden der Stifte 40 sind zu einem Vierkant abgeflacht, auf den die gabelförmigen Nocken 39 entsprechend Fig. 7 möglichst spielfrei aufgeschoben sind. Die Sit- ze 41 dienen zur Drehmomentübertragung, der Sitz 42 zur Abstützung der Bremskraft.
Die im Zusammen- hang mit Fig. l und 2 auftretenden Bedingungen hinsichtlich der Masse a, b und c, treffen auch für das
Beispiel nach Fig. 5-7 zu.
In dem Beispiel nach Fig. 8 und 9 ist der Sitz 45 des Innenringes 7 einer Bremsscheibe 46 oder 47 ebenfalls zylindrisch und auf einen entsprechend abgedrehten Teil der Nabe 48 bzw. 49 bis zur Berührung mit einer Anschlagschulter 50 aufgeschoben. In die Enden der Naben sind Ringnuten 51 eingeschnitten.
Darin sitzt je ein geschlitzter Ring 52, der im aufgespreizten Zustand aber die Nabenenden geschoben wurde und federnd in die Ringnut 51 einschnappt. In dieser letzteren Ausführungsform ist der Innenteil 7 auf der Nabe zwar unverschieblich befestigt, jedoch ist weder die Befestigung nicht drehmomentschlüs- sig, noch kann der Innenteil durch das Sicherungsmittel 52 gegen die Anschlagschulter 50 verspannt wer- den.
Der Innenteil kann, wenn es erforderlich ist, noch schmaler als bei den andern Beispielen gehalten werden, weil die Drehmomentübertragung ausschliesslich am Aussenteil 6 stattfindet.
Die übrige Beanspruchungsart der Bremsscheiben 46 und 47 entspricht derjenigen der bereits beschrie- benen Beispiele.
Über den Aussenumfang verteilt besitzt der Aussenteil 6 z. B. sechs Nocken 53, die mittelbar aber
Mitnehmerstifte 54 an der Felge 2 abgestützt und drehmomentschlüssig sind. Die Mitnehmerstifte sind längsgeschlitzte Hülsen aus Federstahl und sitzen durch ihre Vorspannung, die sie beim Eintreiben in das Loch erhalten, fest. Die die Mitnehmerstifte 54 aufnehmenden Löcher in Felge und Nocken werden ge- meinsam gebohrt. Der Radreifen 3 kann also erstnach dem Einsetzen der Mitnehmerstifte 54 aufgeschrumpft werden. Entsprechend können die Bremsscheiben 46 und 47 nur dann vom Rad gelöst werden, wenn der Radreifen abgezogen ist. Das ist kein Nachteil, weil erfahrungsgemäss die Lebensdauer der Bremsscheiben im allgemeinen grösser ist als die Lebensdauer des Radreifens.
Die Ausführungsform hat l1erstellul1gstech- nisch beachtliche Vorteile, weil die Bearbeitung eng tolerierter Flächen nur noch auf den Sitz des Innenteiles 7 auf der Nabe beschränkt ist. Die Bemerkungen zu den Massen a, b und c der Fig. l und 2 treffen auch auf das letztgenannte Beispiel zu.
In dem Beispiel nach Fig. 10 ist der Sitz 85 des Innenteils 7 der Bremsscheibe 86 und 87 konisch. Die entsprechend konischen Naben 88 und 89 nehmen ferner an den Enden je einen Gewindering 90 auf. Der konische Sitz 85 ist nicht selbsthemmend schlank, denn er hat nur die Aufgabe, die Bremsscheibe axial zu sichern und zu zentrieren. Das Bremsmoment wird nämlich von den Umfangsnocken 91 übertragen.
Dazu liegen die Nocken auf Warzen 92 auf, die an die Felge 2 angeschweisst sind. Die Warzen haben Gewindelöcher, so dass Schrauben 93 die Bremsscheiben wie gegen einen Flansch festspannen. Als Befestigungsmittel können nach Fig. 11 auch Spannstifte 94 dienen, d. h. mit einem Schlitz versehene Wickelfedern, die mit hoher Pressung in den Löchern festsitzen und Scherkräfte besser übertragen als Schrauben.
In Fig. 12 stimmen die Bremsscheiben 95 und 96 im äusseren, sich an den Stirnflächen der Felge 2 abstützenden Bereich völlig mit den Bremsscheiben 64 und 65 überein. Unterschiedlich ist der Innenteil 7. Er besitzt eine zylindrische Zentralbohrung, die so viel grösser als der zylindrische Zapfen der Nabe 97 bzw. 98 ist, dass in den Ringspalt ein Ringfederspannelement 99 eingeschoben werden kann. Das Spannelement ist in der Ausführungsform bekannt und besteht aus je vier einseitigen Ringfederringen 100 und je zwei Spreizkeilringen 101. Die Spreizkeilringe sind durch eine Anzahl auf einem Teilkreis verteilter Schrauben 102 gegeneinander verspannt und stellen dadurch einen Spannungszustand zwischen dem Innenteil 7 und dem Zapfen der Nabe 97 bzw. 98 her.
Die Verspannung muss so gross sein, dass sie die axial wirkende Bremskraft und das tangential wirkende Bremsmoment an die Nabe übertragen kann. Beim Verspannen des Elements 99 wird die Bremsscheibe 95 bzw. 96 zweckmässig mit einer Vorlast versehen, so dass nach der Verspannung die Nocken 22 eine Verspannung gegenüber den Felgen behalten.
Die in den Beispielen jeweils beschriebene Befestigung des Innenteils 7 an der Nabe ist innerhalb der Beispiele weitgehend austauschbar, also nicht an die jeweilige Art der Berührung der Umfangsnocken mit der Felge gebunden.
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