CN104641141B - 车轮制动盘和车轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车轮制动盘，其用于轨道车辆的车轮，该车轮具有车轮腹板，摩擦环(4、5)支承在该车轮腹板上，这些摩擦环通过连接装置固定在车轮腹板上，每个摩擦环(4、5)具有多个分别设置在摩擦环(4、5)的圆周上的弹性元件(13、34)，各弹性元件在车轮制动盘的装配状态中分别设置在摩擦环(4、5)和车轮腹板之间，所述摩擦环分别具有由肋或突起(14、15、16、17、18、19)构成的两种不同图案，由肋和突起构成的两种不同图案在摩擦环圆周上的布置分别在一个弹性元件的位置的前面或后面交替。

Description

车轮制动盘和车轮
技术领域
本发明涉及一种车轮制动盘。本发明还涉及一种车轮。
背景技术
这种车轮制动盘由现有技术已知，例如它们在轨道车辆中使用。
在DE4417813中，两个摩擦环通过在径向方向上形锁合地作用的滑块定心，使得即使由于在制动过程期间的升温，也保持摩擦环定心。为了使摩擦环基于热负荷的变形不会产生摩擦环的锥形变形，在摩擦环上安装冷却肋，摩擦环通过这些冷却肋支承在轨道车辆车轮的车轮盘上。各滑块具有以滑键形式的集成的径向弹簧。这些滑键允许在制动过程期间由于热膨胀引起的移动。将摩擦环固定在车轮盘上的螺纹联接装置构造有锥形张紧垫片，用于提高弹性并且用于降低安装量。
在DE4211847中也研究以下问题：补偿基于制动过程的热输入而引起的热应力。为此在DE4211847中建议，在连接装置和孔壁之间有由弹性材料制成的带径向预紧力地安装的定心环，该弹性材料在升温时根据制动盘的运行温度丧失其一致性。在此，定心环设置在升温时膨胀的构件中。对于摩擦环是这种情况。
在DE10047980中也指出连接螺栓相对于滑块所需的径向可移动性，用于补偿由热量引起的膨胀和收缩，这些滑块根据该发明与连接螺栓同心设置。
车轮制动盘通过将两个摩擦环与车轮腹板螺纹联接而构成，其中，车轮腹板对称地处于这两个摩擦环之间，通过车轮制动盘的这种结构形式，车轮制动盘的两个摩擦环的螺纹联接装置在制动过程中被施加由于制动盘热膨胀产生的热学的和机械的附加力。
制动盘由此发生变形，其“鼓胀”并且由此使螺栓伸长对应的量。附加地，制动盘在车轮腹板上沿径向方向向外滑动。
由于该附加力以及随之而来的盘与螺纹联接装置的相对运动，产生对应的车轮制动盘在制动强度和制动性能方面的对应的性能界限值。这些参数必然在与制动盘的使用寿命成比例的范围内变动。
制动盘例如可能通过螺栓施加的压紧力和由热负荷产生的径向膨胀被压入车轮或车轮腹板中。由此产生如下危险，即将会根据膨胀程度在车轮腹板上产生磨损，该磨损导致螺纹联接装置的预紧力完全丧失，使得螺纹联接装置不再可以实现其功能。
此外，由于螺栓因摩擦环的热机械应力而附加地周期地纵向拉伸，可能导致螺栓的疲劳断裂。
发明内容
因此本发明的任务在于，提出一种车轮制动盘，该车轮制动盘避免现有技术的上述缺点。
本发明如下解决该任务：本发明提出一种用于轨道车辆车轮的车轮制动盘，所述车轮具有车轮腹板，摩擦环支承在该车轮腹板上，所述摩擦环通过连接装置固定在车轮腹板上，在该车轮制动盘中，每个摩擦环具有多个分别在摩擦环的圆周上设置的弹性元件，各弹性元件在车轮制动盘的装配状态中分别设置在摩擦环和车轮腹板之间，所述摩擦环分别具有由肋或突起构成的两种不同图案，由肋和突起构成的两种不同图案在摩擦环圆周上的布置分别在一个弹性元件的位置的前面或后面交替。
因此本发明基于以下构思：如此构造车轮制动盘，使得各主要螺纹联接装置，也将是将摩擦环与车轮腹板相连的这些螺纹联接装置不会产生由热机械应力引起的相对运动，并且各弹性元件因而补偿变形。
根据本发明如此设计弹性元件，使得所有产生的相对运动的量处于各弹性元件的弹性变形范围内。这实现，车轮制动盘的主要螺纹联接装置并且因而各弹性元件不会通过在车轮腹板上的连接区域产生沿车轮腹板方向的相对运动。
此外根据本发明如此设计各弹性元件，使得最大平面转动惯量可以在圆周方向上起作用，并且因而连接元件由于制动力矩的影响仅轻微变形，但尽管如此仍允许径向膨胀，即允许由于热负荷引起的摩擦面相对于车轮的平行移动。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述弹性元件设置在至少一个摩擦环通过连接元件与车轮腹板相连的位置上。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述弹性元件具有带状的基本几何结构。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述弹性元件均匀地设置在至少一个摩擦环的圆周上。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述弹性元件十二倍地设置在至少一个摩擦环的圆周上。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，设置在至少一个摩擦环的圆周上的所述弹性元件的数量是质数。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述弹性元件在车轮制动盘的装配状态中分别与摩擦环力锁合地相连。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述弹性元件支承在突起上。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述弹性元件支承在分别设置在摩擦环上的另外的突起上。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，分别设置在摩擦环上的所述另外的突起与摩擦环一体地相连。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述弹性元件与相应的摩擦环材料锁合地相连。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述弹性元件与相应的摩擦环通过铸造工艺材料锁合地相连。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，由肋或突起构成的所述两种图案分别六倍地分布在摩擦环的圆周上。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述肋和突起分别沿关于车轮的径向方向设置在摩擦环的圆周上。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述肋和突起分别沿关于车轮放射状的径向方向设置在摩擦环的圆周上。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述肋和突起分别关于摩擦环的宽度对称地设置在摩擦环的圆周上。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述肋和突起在摩擦环的圆周上通过原型成型工艺与相应的摩擦环一体地制成。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述肋和突起在它们的端部上具有统一的高度。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述肋和突起在它们相应的端部之间的高度小于在它们的相应的端部上的高度。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述摩擦环分别通过所述肋和突起的端部贴靠在车轮的车轮腹板上。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述弹性元件设计为双层的。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述弹性元件具有至少一个自由的曲折部。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述弹性元件在车轮制动盘的装配状态中通过至少一个高原贴靠在车轮腹板上。
按本发明的车轮制动盘的其他有利设计，所述弹性元件设计成，使得该弹性元件的最大平面转动惯量在车轮制动盘的圆周方向上起作用。
本发明还提出一种车轮，其具有本发明的车轮制动盘。
附图说明
按本发明的车轮制动盘的实施例在附图中示出并且下面详细说明。
附图如下：
图1是根据图1的现有技术的车轮制动盘的前视图，其中，摩擦环被螺纹联接并且使用滑块用以定心；
图2是根据图1的现有技术的车轮制动盘的剖视图，其中，摩擦环被螺纹联接并且使用滑块用以定心；
图3是根据图1的现有技术的车轮制动盘的另一剖视图，其中，摩擦环被螺纹联接并且使用滑块用以定心；
图4是按本发明的车轮制动盘的摩擦环连同安装的带状弹性元件的三维前视图；
图5是图4的前视图的局部放大图，其显示按本发明的车轮制动盘的摩擦环连同安装的带状弹性元件的一个实施方案；
图6是按本发明的车轮制动盘的带状弹性元件的一个实施方案的三维前视图；
图7是在按本发明的车轮制动盘的另一个实施方案中的摩擦环连同安装的带状弹性元件的三维前视图；
图8是图7的前视图的局部放大图，其显示按本发明的车轮制动盘的摩擦环连同安装的带状弹性元件的另一个实施方案；
图9是按本发明的车轮制动盘的带状弹性元件的另一个实施方案的三维前视图。
具体实施方式
在图1、2和3中示出按照现有技术的车轮制动盘1的基本结构，例如该车轮制动盘尤其是应用在轨道车辆中。在轨道车辆的车轮3的车轮腹板2上，关于车轮腹板2的对称轴线对称地设置各一个摩擦环4、5。摩擦环4、5在此通过肋6支承在车轮腹板2上。各摩擦环4、5通过螺栓与车轮腹板2螺纹联接，该螺栓设计为膨胀螺栓。为使螺纹联接装置的热膨胀最小化，螺栓头7支承在套筒8上，该套筒经由下凹部被装入摩擦环5中。螺母9也构造为套筒，该套筒经由下凹部被装入摩擦环4中。通过单独的滑块10产生形锁合连接。
图4和5示例性示出按本发明的车轮制动盘1的摩擦环4、5连同安装的弹性元件13的三维前视图。摩擦环4、5在车轮腹板侧包括具有不同几何结构的肋或突起14、15、16、17、18、19，这些肋或突起关于车轮腹板在径向方向上伸出并且基本上在轴向方向上延伸。肋或突起14、15、16、17、18、19以重复的两种确定的图案设置在摩擦环4、5上，这些图案在摩擦环4、5的圆周上以整数倍分布的形式多倍地、优选六倍地设置。第一图案在此由肋14、15和16构成，而第二图案由突起17、18和19构成。这些图案分别通过设置一个弹性元件13而相互隔开，使得在图案的六倍分布时，十二个弹性元件均匀地设置在摩擦环4、5的圆周上。根据本发明原则上也可能的是，将少于或多于十二个弹性元件13设置在摩擦环4、5的圆周上并且因而图案小于或大于六倍地设置在摩擦环4、5的圆周上。
肋或突起14、15、16、17、18、19的几何结构被如此选择，使得基于制动过程产生的热量的摩擦环4、5的变形量在关于车轮3的轴向方向上尽可能均匀地发生。此外，肋或突起14、15、16、17、18、19的几何结构被如此选择，使得在车轮3转动时通过对流实现尽可能高的散热。此外肋或突起14、15、16、17、18、19在原则上被如此构造，使得它们仅在它们的相应的两个端部20处贴靠在车轮腹板2上，使得从各摩擦环4、5到车轮腹板2上的热输入通过肋或突起14、15、16、17、18、19的几何构造被降低到最小。
通过肋14、15和16构成的图案是对称图案，该对称图案的对称线通过肋15的对称线构成。肋15是直肋，其沿关于车轮3的放射状径向方向延伸。肋15在其中间部处比在其两个端部20处具有较小的高度，使得肋15仅通过其端部20接触车轮腹板2。肋14和16在肋15的两侧间隔地延伸。两个肋14、16具有弧形的中间部，该中间部具有比肋14和16的相应的端部20低的高度。肋14、16的下凹的中间部分别朝肋14、16的各端部20的方向超出该弧形部分延续。肋14或16的中间部的弧形的顶点在此分别指向肋15，使得形成对称图案，该对称图案的对称线由肋15的对称线构成。
由肋或突起17、18和19构成的图案是对称图案，该对称图案的对称线由肋18的对称线构成。肋18具有突起形中间部，其中，肋18整体沿关于车轮3的放射状径向方向延伸。肋18在其中间部处具有比在其两个端部20处较小的高度，使得肋18仅通过其两个端部20接触车轮盘2。肋18的下凹的中间部在此阶梯状地延伸，使得所述中间部在肋18的突起形中间部分处比在处于肋18的突起形中间部之外的两个肋部分处具有更小的深度。突起形中间部分在此被凹部呈槽形地穿过，其中槽宽度相应于处于肋18的突起形中间部分之外的肋部分的宽度。突起副17和19在肋18的两侧间隔地延伸。两个突起副17、19具有相应于肋15的基本几何结构，其中，突起副17和19的中间部的高度与摩擦环4、5的面向车轮盘的平面的高度相一致，肋或突起14、15、16、17、18、19从该平面突出，使得得到的不是连续的肋，而是相应的两个突起副17和19。突起副17、19的各突起的相应在内侧的部分具有比相应突起的端部部分20较小的高度，使得在摩擦衬片4、5的装配状态中仅突起的相应的端部部分20支承在车轮腹板2上。
肋14、15、16的下凹的中间部、处于肋18的突起形中间部之外的两个肋部分的下凹部以及突起副17和19的下凹部分别具有关于摩擦环4、5与车轮腹板2的接触平面的相同深度，并且具有关于摩擦环4、5在关于车轮2的径向方向上的宽度的相同宽度。所述下凹部在此分别相对于摩擦环4、5的环宽度对称设计，使得相应的肋或突起14、15、16、17、18、19的接触面是尽可能小，但足够大的，以便将在摩擦环4、5和车轮腹板2之间的单位表面压力保持在可承受的程度之内。
在按本发明的车轮制动盘1的在图4、5和6中所示的实施方案中，分别在肋或突起16和17之间以及在突起或肋19和14之间，在摩擦环4、5上成对地设置突起21和22。突起21在其关于车轮3的径向外侧被加工，而突起22在其关于车轮3的径向内侧被加工，其中，所述加工的轴向边界通过相应的摩擦环4、5的结实部分构成，使得在轴向方向上形成加工面的对应凸肩。
这些实施方案的在图6中单独示出的弹性元件13是由扁平材料或带状材料制成的弯曲件并且具有几何结构，该几何结构主要由三个“高原”23、24、25构成，这三个高原通过两个“山谷”26、27相连，其中，弹性元件13的两个端部通过两个腿28、29构成。各高原23、24、25都处于同一水平平面上并且因而在车轮制动盘1的装配状态中贴靠在车轮腹板2上。各腿28、29通过90°弯曲部连接在相应的外侧高原23、25上，并且在关于车轮3的轴向方向上的长度大于弹性元件13的山谷26、27的深度t。各山谷底部由此不处在摩擦环4、5上。通过弹性元件13的几何结构得到一个对称轴线，该对称轴线竖直地穿过弹性元件13的高原24延伸，但具有非对称构造的弹性元件13的实施形式也是可能的。孔30在摩擦环4、5的装配状态中分别被一个螺栓(未示出)穿过，该孔的对称轴线在图4或图5中示出的实施例中与弹性元件13的对称轴线相一致，摩擦环4、5通过这些螺栓固定在车轮腹板2上，并且所述螺栓构成摩擦环4、5与车轮腹板2的主要螺纹联接装置。与此相应地，摩擦环4、5也具有与孔30共轴的孔31。
在关于车轮3的轴向方向上，在突起21、22的加工面上分别支承弹性元件13的一个腿28、29，这些腿分别构成弹性元件13在关于车轮3的径向方向上的外边界。弹性元件13经由腿28、29和对应的孔32、33利用未示出的合适的连接元件与突起21、22相连。
根据本发明如此设计弹性元件13，使得所产生的全部相对运动的量都处在弹性元件13的弹性变形范围内。这导致，车轮制动盘1的主要螺纹联接装置沿平行于车轮腹板2的方向没有相对运动，这完全避免在车轮腹板2上的磨损。
此外根据本发明如此设计各弹性元件13，使得这些弹性元件的最大平面转动惯量可以在圆周方向上起作用并且因而各弹性元件13由于制动力矩的影响仅轻微变形，但尽管如此仍允许径向膨胀，即由于热负荷引起的摩擦面相对于车轮的平行移动。
在图7中示出按本发明的车轮制动盘1的摩擦环4、5连同安装的弹性元件34的另一个实施方案。
弹性元件34也是由扁平材料或带状材料制成的弯曲件，不同于弹性元件13的在图4、5和6中所示的实施方案，弹性元件虽然也具有高原24、25、26，但高原25高于高原24和26，使得弹性元件34在车轮制动盘1的装配状态中仅通过高原25贴靠在车轮腹板2上。此外，各高原不是通过山谷26、27而是通过过渡部35、36彼此隔开，这些过渡部将高原25以及两个高原24和26的两个不同的高度水平相连。
弹性元件34的高原24和26在它们的端部分别具有带钢的至少两个自由的手风琴状的曲折部37。这些曲折部关于车轮在轴向方向上延伸并且作为弹簧起作用。各曲折部37在两个端部上分别作为自由端部38、39引出，各自由端部38、39分别浇铸到摩擦环4、5中并且因而与摩擦环4、5材料锁合地相连。由此取消如在弹性元件13中那样弹性元件34通过突起21、22的单独固定。
在未示出的按本发明的另一个实施方案中，各弹性元件34可以通过对应的型芯与摩擦环4、5一起被一体地浇铸。这尤其是在由可延展的铸造材料如球墨铸铁制造摩擦环4、5时是可能的。
为改进摩擦环4、5的消声特性，根据本发明，各弹性元件13、34也可以设计为双层的。由于摩擦环4、5在制动过程期间产生的振动并且由此产生的固体声，在该情况下通过两个弹性元件层的相互摩擦有效地消声。
附图标记列表
1 车轮制动盘 21 突起
2 车轮腹板 22 突起
3 车轮 23 高原
4 摩擦环 24 高原
5 摩擦环 25 高原
6 肋 26 山谷
7 螺栓头 27 山谷
8 套筒 28 腿
9 螺母 29 腿
10 滑块 30 孔
11 槽 31 孔
12 环 32 孔
13 弹性元件 33 孔
14 肋 34 弹性元件
15 肋 35 过渡部
16 肋 36 过渡部
17 突起副 37 曲折部
18 肋 38 自由端部
19 突起副 39 自由端部
20 端部

Claims (24)

1.车轮制动盘(1)，其用于轨道车辆的车轮(3)，所述车轮(3)具有车轮腹板(2)，摩擦环(4、5)支承在该车轮腹板上，所述摩擦环通过连接装置固定在车轮腹板(2)上，其特征在于，每个摩擦环(4、5)具有多个分别设置在摩擦环(4、5)的圆周上的弹性元件(13、34)，各弹性元件(13、34)在车轮制动盘(1)的装配状态中分别设置在摩擦环(4、5)和车轮腹板(2)之间，所述摩擦环(4、5)分别具有由肋或突起(14、15、16、17、18、19)构成的两种不同图案，由肋和突起(14、15、16、17、18、19)构成的两种不同图案在摩擦环(4、5)圆周上的布置分别在一个弹性元件(13、34)的位置的前面或后面交替，所述弹性元件是由扁平材料或带状材料制成的弯曲件，并且所述弹性元件具有几何结构，该几何结构由三个高原(23、24、25)构成，这三个高原通过两个山谷(26、27)相连。
2.按照权利要求1所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述弹性元件(13、34)设置在至少一个摩擦环(4、5)通过连接元件与车轮腹板(2)相连的位置上。
3.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述弹性元件(13、34)具有带状的基本几何结构。
4.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述弹性元件(13、34)均匀地设置在至少一个摩擦环(4、5)的圆周上。
5.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述弹性元件(13、34)十二倍地设置在至少一个摩擦环(4、5)的圆周上。
6.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，设置在至少一个摩擦环(4、5)的圆周上的所述弹性元件(13、34)的数量是质数。
7.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述弹性元件(13、34)在车轮制动盘(1)的装配状态中分别与摩擦环(4、5)力锁合地相连。
8.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述弹性元件(13、34)支承在另外的突起(21、22)上。
9.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述弹性元件(13、34)支承在分别设置在摩擦环(4、5)上的另外的突起(21、22)上。
10.按照权利要求9所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，分别设置在摩擦环(4、5)上的所述另外的突起(21、22)与摩擦环(4、5)一体地相连。
11.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述弹性元件(13、34)与相应的摩擦环(4、5)材料锁合地相连。
12.按照权利要求11所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述弹性元件(13、34)与相应的摩擦环(4、5)通过铸造工艺材料锁合地相连。
13.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，由肋或突起(14、15、16、17、18、19)构成的所述两种图案分别六倍地分布在摩擦环(4、5)的圆周上。
14.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述肋和突起(14、15、16、17、18、19)分别沿关于车轮(3)的径向方向设置在摩擦环(4、5)的圆周上。
15.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述肋和突起(14、15、16、17、18、19)分别沿关于车轮(3)放射状的径向方向设置在摩擦环(4、5)的圆周上。
16.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述肋和突起(14、15、16、17、18、19)分别关于摩擦环(4、5)的宽度对称地设置在摩擦环(4、5)的圆周上。
17.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述肋和突起(14、15、16、17、18、19)在摩擦环(4、5)的圆周上通过原型成型工艺与相应的摩擦环(4、5)一体地制成。
18.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述肋和突起(14、15、16、17、18、19)在它们的端部(20)上具有统一的高度。
19.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述肋和突起(14、15、16、17、18、19)在它们相应的端部(20)之间的高度小于在它们的相应的端部(20)上的高度。
20.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述摩擦环(4、5)分别通过所述肋和突起(14、15、16、17、18、19)的端部(20)贴靠在车轮(3)的车轮腹板(2)上。
21.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述弹性元件(13、34)设计为双层的。
22.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述弹性元件(13、34)在车轮制动盘(1)的装配状态中通过至少一个高原(23、24、25)贴靠在车轮腹板(2)上。
23.按照权利要求1或2所述的车轮制动盘(1)，其特征在于，所述弹性元件(13、34)设计成，使得该弹性元件的最大平面转动惯量在车轮制动盘(1)的圆周方向上起作用。
24.车轮(3)，其具有按照权利要求1至23之中任一项所述的车轮制动盘(1)。
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