DD140577A1

DD140577A1 - Bremsscheibe,insbesondere fuer scheibenbremsen von schienenfahrzeugen

Info

Publication number: DD140577A1
Application number: DD20914478A
Authority: DD
Inventors: Helmut Munkow; Bernd Tomschke
Original assignee: Helmut Munkow; Bernd Tomschke
Priority date: 1978-11-17
Filing date: 1978-11-17
Publication date: 1980-03-12
Also published as: DD140577B1

Abstract

Patentanspruch 1: Bremsscheibe, insbesondere für Scheibenbremsen von Schienenfahrzeugen mit kleinen Rädern, bestehend aus zwei mit Rippen verbundenen und dadurch eine Reibscheibe bildenden Reibringen, einer auf der Achse kraftschlüssig angeordneten Nabe und einer elastischen, aus mittels Passschrauben vorgespannten Gummi-Metall-Elementen bestehenden Verbindung, gekennzeichnet dadurch, dass die Reibscheibe (1) mindestens vier gleichmäßig auf dem Umfang verteilte sektorähnliche Ansätze (17), die sich bis zum mittleren Durchmesser der Reibringe (26) erstrecken und durch drei Rippen (22; 23) mit den Reibringen (26) verbunden sind, besitzt, mit je einer Bohrung (28) zur Aufnahme der Passschrauben (4) versehen, die sich in paarweise aus je einem quaderförmigen Stützkörper (10), zwei Gummifedern (11) und zwei die äußeren Druckflächen (29) armierenden Lochblechen (12) bestehenden Gummi-Metall-Elementen (3) abstützen, wobei diese symmetrisch zur axialen Mittelebene der Reibscheibe in von den Ansätzen (9) der Nabe (2) gebildeten U-förmigen Ausnehmungen verdrehsicher so gelagert sind, dass sie bei der Übertragung der Bremskräfte auf Druck und bei der Wärmeausdehnung der Reibscheibe auf Schub beansprucht sind.

Description

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Bremsscheibe, insbesondere für Scheibenbremsen von Schienenfahrzeugen .

Anwendungsgebiet der' Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe, insbesondere für Scheibenbremsen von Schienenfahrzeugen mit kleinem Raddurchmesser, bei der die Reibscheibe durch elastische Elemente mit der Nabe verbunden ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Bremsscheiben bekannt, bei denen die Reibscheiben zur möglichst ungehinderten Wärmeausdehnung durch radial angeordnete Schwerspannhülsen formschlüssig mit der Nabe verbunden sind. Bei dieser Konstruktion wird, die Kühlung der Reibscheibe im Bereich der Verbindung gegenüber den anderen Bereichen stark beeinträchtigt, und die Reibscheibe hat keinen symmetrischen Aufbau, was zur Verminderung der Gestaltsfestigkeit führt. Außerdem ist die Verbindung gegenüber Verdrehungen sehr steif, was zur verstärkten Passungsrostbildung infolge der beim Fahrzeuglauf und beim Bremsen auftretenden Schwingungen führt. Durch die Passungsrostbildung kann nun aber die formschlüssige Verbindung zu einer kraftschlüssigen werden und in diesem Falle die Wärmeausdehnung der Reibscheibe so beeinflussen, daß starke Rißbildungen auftreten und die Reibscheiben vorzeitig ausgewechselt v/erden müssen. Um eine möglichst gleichmäßige Belastung aller ungefederten Teilverbindungen zu erreichen, die beim Bremsen und bei der ungebremsten Fahrt starken Beschleunigungen aus dem Fahrzeuglauf ausgesetzt sind, ist außerdem eine relativ aufwendige Bear-

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beitung erforderlich«

Eine andere Konstruktion benutzt die Verbindung von Reibscheibe und Habe mittels radial angeordneten-Schwerspannhülsen und befestigt die Bremsscheibe außerdem drehelaetisch auf der Achswelle, indem zwischen Bremsscheibe und Achswelle ein auf Druck beanspruchter Gummiring- angeordnet wird (DE-OS 2510 640). Diese Lösung ist aufwendig, da die. Drehelastizität und die radiale Ausdehnung der Reibscheibe durch getrennte Bauelemente erreicht werden. Für Bremsscheiben mit kleinem Innendurchmesser und großem Achswellendurchmesser ist diese Verbindung infolge der vorhandenen geringen Bauhöhe im allgemeinen nicht geeignet oder sie kann nur unter Verwendung von äußerst hochwertigen Werkstoffen und aufwendigen Technologien realisiert werden.

Bei einer anderen Bremsscheibe werden verstärkte prismatische Verlängerungen der Rippen in nutenförmig ausgebildeten Ansätzen der Habe so geführt, daß eine in Umlaufrichtung wirkende formschlüssige Verbindung vorliegt. Sie wird aus drei oder vier Teilverbindungen gebildet, die infolge ihres Platzbedarfs einen sehr großen Teil des möglichen Eintrittsquerschnitts der Kühlluft blockieren und dadurch eine sehr unterschiedliche Kühlung der Reibflächen mit stark unterschiedlichen Wärmespannungen in Bereichen mit großen Dickenunterschieden und damit geringer Gestaltsfestigkeit hervorrufen, was insbesondere bei kleinen Bremsscheiben nachteilig ist, die in S- und U-Bahnen erheb-y liehe Bremsarbeit leisten müssen. Diese trotz der sogenannten "elastischen" Ansätze der Habe praktisch verdrehstarre Verbindung unterliegt infolge ihrer Preßpassung und der Schwingungen aus dem Fahrzeuglauf und dem Bremsen ebenfalls einer starken Passungsrostbildung, die dann zu einer kraftschlüssigen Verbindung mit den bekannten Nachteilen für die Wärmeausdehnung der Reibscheibe führt. Ein weiterer Nachteil ist der große technologische -Aufwand bei der Fertigung von Reibscheibe und Nabe, der sich aus dem Umfang der

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mechanischen Bearbeitung, der engen Toleranzen und der besonderen Lehren und Prüfeinrichtungen sowie der teuren Preßarbeiten bei der Montage und Demontage ergibt«

In dem DD-WP 129 310 ist eine Verbindung von Bremsscheibe und Nabe dargestellt, die mittels besonders ausgebildeter Gummikonusbuchsen, die von einer Paßschraube getragen und vorgespannt werden, erfolgt. Diese Verbindung kann jedoch nicht für S- oder U-Bahn-Bremsscheiben eingesetzt v/erden, wenn infolge eines relativ kleinen Innendurchmessers der Bremsscheibe und eines relativ großen Achswellendurchmes-•sers die erforderliche Bauhöhe für die Gummikonusbuchsenverbindung nicht vorhanden ist·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, für besonders einschränkende, vorgegebene Bedingungen, z.B. ein durch den Raddurchmesser bestimmter, relativ kleiner Außendurchmesser der Reibscheibe, ein durch die Achswelle bestimmter relativ großer Nabensitzdurchmesser und eine durch den Achsantrieb beeinflußte kleine Reibscheibenbreite eine in der Herstellung und in der Unterhaltung einfache, aus Reibscheibe,. Habe und elastischer Verbindung bestehende komplette Bremsscheibe mit großen Kühlflächen, guter Belüftung und geringen Wärmespannungen für starke Bremsbelastungen während einer langen Lebensdauer zu ermöglichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus Reibscheibe, Nabe und elastischen, mit jeweils durch eine Paßschraube vorgespannten Gummi-Metall-Verbindiingselementen bestehende Bremsscheibe, insbesondere für Schienenfahrzeuge mit kleinen Rädern, wie z.B. U- oder S-Bahnen,.zu schaffen, bei der durch die besondere Ausbildung der korrespondierenden Elemente von Nabe und Reibscheibe und der in diese eingreifenden elastischen Verbindung unter Berücksichtigung

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einer minimalen Bauhöhe zwischen Nabe und Reibscheibe eine zwangsfreie Wärmeausdehnung der Reibscheibe ermöglicht

Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, eine elastische Verbindung zwischen Reibscheibe und Habe durch Verwendung von paarweise in der Habe gelagerten Gummi-Metall-Elementen mit unterschiedlicher Elastizität in Richtung der Haupt-" achse zu schaffen. Die Gummi-Metall-Elemente werden in Ansätzen der Nabe, die in axialer Richtung nutenförmig ausgebildet sind, unter Vorspannung gelagert, wobei die Ansätze mit einer Leiste ausgeführt sind. Die Verbindung zwischen Nabe und Reibscheibe erfolgt durch axial angeordnete Paßschrauben, die in von drei Rippen getragenen, sektorähniichen Ansätzen der Reibscheibe und in den Tragkörpern der Gummi-Metall-Elemente gelagert sind und die Bremskräfte von der Reibscheibe auf die Nabe übertragen, wobei die Zentrierung der Reibscheibe durch die sektorähnlichen Ansätze und die korrespondierenden Flächen der Nabe erfolgt.

Von den drei Rippen ist die in der radialen Ebene durch die Reibscheiben-Nabenverbindung liegende Rippe dicker als die beiden Nachbarrippen ausgeführt, wobei diese wiederum gegenüber den anderen Rippen am Innendurchmesser der Reibringe gekürzt sind.

Die Gummi-Metall-Elemente bestehen aus dem rechteckigen metallischen Tragkörper und zwei symmetrisch angeordneten, auf Druck und Schub beanspruchten Gummifedern mit parallelen Druckflächen sowie Lochblechen. Die.Gummifedern und .Metallteile sind durch Vulkanisation verbunden.. Die Lochbleche sind an den sich in Umfangsrichtung auf der Nabe abstützenden Druckflächen der Gummifedern angeordnet _ί um in den Pederelementen eine gleichmäßige Beanspruchung bei der axialen Schubverformung zur Erzielung der Vorspannung, der radialen Schubverformung infolge der Wärmeausdehnung der Reibscheibe sowie bei der Übertragung der Bremskräfte zu erhalten. Durch die Anwendung der Lochbleche werden gleichzeitig die verschleißgünstige Abstützung Stahl gegen Stahl und die Haltbarkeit der Verbindung Blech-Gummi effektiv verbessert.

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Sie haben nur die Größe von planparallelen äußeren Druck- ' flächen der Gummi-Metall-Elemente. Sie erstrecken sich nicht über die Oberfläche von Hohlkehlen in den U-förmigen Ausnehmungen der Ansätze der Habe.

Die ü-fömigen Ausnehmungen besitzen achsparallele Flächen. Die Gummifedern des Gummi-Metall-Elementes sind so ausgebildet, daß die Keilhöhe des Gummis, der die Stirnfläche überragt, kleiner oder gleich der Keilhöhe des Gummis ist, die zur Rückenfläche des Stützkörpers gebildet wird.

Die Vorspannung wird so ausgeführt, daß die Vorspannkraft 50 ·«« 60.% der maximal auf die Gummi-Metall-Elemente wirkenden Bremskräfte beträgt. Sie wird durch die Gesamtbreite des nicht vorgespannten Gummi-Metall-Elements, der korrespondierenden Nutbreite zwischen den Nabenansätzen sowie durch die Keilhöhe der den Tragkörper überragenden Gummifedern und deren Dicke bestimmt. Die Vorspannung erfolgt mit Hilfe der Paßschraubenverbindung.

Zur Verdrehsicherheit von Paßschraube und Sechskantmutter werden die metallischen Stützkörper herangezogen. Sie werden zur Sicherung der Paßschraube mit einer stirnseitigen Nut zur Aufnahme eines in der Höhe und Schlüsselweite geschwächten Schraubenkopfes oder mit einer axial angeordneten Nut zur Aufnahme der Außennase eines Sicherungsbleches für die Sechskantmutter ausgeführt.

Die Mut im Stützkörper zur Aufnahme kann so tief ausgeführt werden, daß der entsprechend geschwächte Schraubenkopf nicht die Reibfläche der Reibscheibe überragt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

. Fig. 1: die Ansicht einer kompletten Bremsscheibe

Fig.· 2: den Radialschnitt durch eine Reibscheiben-• . Naben-Verbindung ·

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Pig. 3: den Axials.chnitt durch eine Reibscheiben-• Naben-Verbindung

Pig· 4: die Draufsicht eines Gummi-Metall-Elementes Pig· 5: das Sicherungsblech

Die Verbindung von Reibscheibe 1 und Nabe 2 erfolgt gemäß Pig« 1 und Pig· 2 durch sechs Teilverbindungen, bestehend aus je zwei symmetrisch zur axialen Reibscheibenmittelebene angeordneten Gummi-Metall-Elementen 3, einer Paßschraube 4, einer Sechskantmutter 5 und einem Sicherungsblech 6 mit äußerer Nase 7/ Die Sicherung der Schraubenverbindung erfolgt unter Einbeziehung -vqn Stützkörpern 10 der Gummi-Metall-Elemente 3· Dazu wird der eine Stützkörper 10 an seiner Rückenfläche 30 mit einer radial verlaufenden Hut zur Aufnahme eines Schraubenkopfes 8, der in seiner Schlüsselweite entsprechend den beengten Einbaubedingungen verkleinert werden kann, ausgeführt, und der andere Stützkörper 10 erhält an seiner Stirnfläche 20 eine axial verlaufende Hut 16 zur Arretierung der äußeren Nase 7 des Sicherungsbleches 6, mit dem die Sechskantmutter 5 in .üblicher Weise gesichert wird. Beim vorliegenden Beispiel mit der geringen Bauhöhe zwischen äußerem Durchmesser des Nabensitzes und innerem Durchmesser der Reibscheibe wird ein standardisiertes Sicherungsblech durch Abkanten zweier sich gegenüberliegenden Segmente 21 gemäß Pig. 5 den Einbaubedingungen angepaßt. Die aus dem Stützkörper 10, zwei Gummifedern 11 und zwei Lochblechen 12 bestehenden Gummi-Metall-Elemente werden in den von Ansätzen 9 der Nabe 2 gebildeten nutenförmigen Ausnehmungen unter Druckvorspannung in Richtung der Umfangskräfte gelagert. Diese Vorspannung mit Hilfe der Paßschraube 4 und der Sechskantmutter 5 wird durch axiale Schubverformung der Gummifedern 11 bis zum Anschlag von den Stirnflächen 20 der Stützkörper 10 an einen sektorähnlichen Ansatz 17 der Reibscheibe· 1 erreicht. Die Größe der Vorspannung ist hier eine Punktion der Gummidicke 19, der Keilhöhe 14, des Abstandes·der Ansätze 9 der Nabe 2 zur Aufnahme von Druckflächen 29 der Gummi-Metall-Elemente 3 sowie ihrer Gesamtbreite· An den Ansätzen 9 der Nabe 2

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angeordnete Leisten 18 arretieren die Lochbleche 12 in radialer Richtung und verhindern ihre Relativbewegung zur Nabe 2 infolge der Wärmeausdehnung der Reibscheibe 1·

Durch die axiale Schubverformung der Gummifedern 11 und radiale Arretierung der Lochbleche 12 wird bei allen Belastungen gewährleistet, daß die korrespondierenden Flächen zwischen Gummifeder 11, die hier abgeschrägt ist und eine Keilhöhe 29 aufweist und einer Hohlkehle 31 am Ansatz 9 der Nabe 2 sowie zwischen Gummifeder 11 und einer Seitenfläche 25 des sektorähnlichen Ansatzes 17 der Reibscheibe 1 erhalten bleiben und die freie Oberfläche einer Gummifeder als Einflußfaktor auf. die Belastbarkeit nicht verändert wird. . '

Die Paßschraube 4 ist in jeweils einer-Bohrung 28 in den sektorähnlichen Ansätzen 17 der Reibscheibe 1, die von drei Rippen 22; 23 getragen werden und sich bis zum mittleren Reibscheibendurchmesser erstrecken, gelagert. Die Rippen 22; 23 tragen Reibringe 26, die entsprechende Reibflächen aufweisen« Die in der radialen Ebene durch die Paßschraube liegende Rippe 22 ist gemäß Fig. 3 stärker ausgebildet als die nicht in dieser Ebene liegenden Rippen, um die Beanspruchung der an der Übertragung des Bremsmomentes beteiligten Rippen zu senken und die Formfüllung beim Gießen zu verbessern. Die beiden rechts und links zur Rippe 22 angeordneten Rippen 23 sind am Innendurchmesser der Reibscheibe 1 gegenüber den anderen Rippen 22; 24 gekürzt, um eine möglichst gleichmäßige "Belüftung aller Sektoren der Reibscheibe 1' zu erhalten« '.·" ·

Claims

-β- 209 144 Erfindungsanspruch

1· Bremsscheibe, insbesondere für Scheibenbremsen von Schienenfahrzeugen mit kleinen Rädern, bestehend aus zwei mit Rippen verbundenen und dadurch eine Reibscheibe bildenden Reibringen, einer auf der Achse kraftSchlussig angeordneten Nabe und einer elastischen, aus mittels Paßschrauben vorgespannten Gummi-Metall-Elementen bestehenden Verbindung, gekennzeichnet dadurch, daß die Reibscheibe (1) mindestens vier gleichmäßig auf dem Umfang verteilte sektorähnliche Ansätze (17), die sich bis zum mittleren Durchmesser der Reibringe (26) erstrecken und durch drei Rippen (22; 23) mit den Reibringen . (26) verbunden sind, besitzt, mit Je einer Bohrung (28) zur Aufnahme der Paßschrauben (4) versehen :·>.'>.'!., die sich in paarweise aus je einem quaderförmigen Stützkörper (10), zwei Gummifedern (11) und zwei die äußeren Druckflächen (29) armierenden Lochblechen (12) bestehenden Gummi-Metall-Elementen (3) abstützen, wobei diese symmetrisch zur axialen Mittelebene der Reibscheibe in von den Ansätzen (9) der Nabe (2) gebildeten U-förmigen Ausnehmungen verdrehsicher so gelagert sind, daß sie bei der Übertragung der Bremskräfte auf Druck und bei der Wärmeausdehnung der Reibscheibe auf Schub beansprucht sind.

2· Bremsscheibe nach Pkt. 1₉ dadurch gekennzeichnet, daß die in der radialen Ebene durch die Reibscheiben-Naben-Verbindung liegende Rippe (22) dicker ausgeführt wird als die beiden Nachbarrippen (23)·

3· Bremsscheibe nach Pkt. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden symmetrisch zur Rippe (22) in der Radialebene durch die Reibscheiben-Neben-Verbindung angeordneten Rippen (23) am Innendurchmesser der Reibringe gegenüber den anderen Rippen (22; 24) gekürzt sind.

4· Bremsscheibe nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den paarweise angeordneten Gummi-Metall-Elementen (3) der eine Stützkörper (10) eine radiale Nut (15) zur formschlüssigen Aufnahme des Schraubenkopfes (8), der auch in der Höhe und Schlüsselweise geschwächt sein kann, und der andere Stützkörper (10) eine axiale Hut (16), zur formschlüssigen Aufnahme der Außennase (7) eines Sicherungsbleches (6.) erhält·

5« Bremsscheibe nach Pkt« 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (15) im Stützkörper (10) so tief und die Schwächung der Schraubenkopfhöhe so ausgeführt, ist, daß der Schraubenkopf (8) nicht die Reibfläche (27) der Reibscheibe (1) überragt.

6. Bremsscheibe nach Pkt· 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stützkörper (10), Gummifedern (11) und Lochbleche (12) durch Vulkanisation zu dem Gummi-Metall-Element (3) verbunden sind,

7· Bremsscheibe nach Pkt. 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochbleche (12) die Größe der planparallelen äußeren Druckfläche (29) haben und sich nicht über die Oberfläche der Hohlkehle (31) erstrecken.

8. Bremsscheibe nach Pkt. 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummifedern (11) eines Guinmi-Metall-Elementes (3) sfo ausgebildet sind, daß die Keilhöhe (14). des Gummis, der die Stirnfläche (20) überragt, kleiner oder gleich der Keilhöhe (13) des Gummis ist, die zur Rückenfläche (30) des Stützkörpers (10) gebildet wird.

9. Bremsscheibe nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Ansätzen der Nabe (9) gebildeten U-förmigen Ausnehmungen mit achsparallelen Flächen ausgeführt sind.

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10. Bremsacheibe nach Pkt. 1, 6, 7_f 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Gummi-Metall-Elemente (3) durch die Gummidicke (19),die Keilhöhe (14), die Breite der .von den Ansätzen (9) der Nabe .(2) gebildeten nutenfö'rmigen Ausnehmungen und die von den Druckflächen (29) begrenzte Breite der Gummi-Metall-Teile vorgegeben und durch die Schubverformung der Gummifeder (11) mit Hilfe der Paßschraubenverbindung eingestellt ist. .

11. Bremsscheibe nach Pkt# 1 und S_f dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (9) der Habe (2) mit einer Leiste (18) ausgeführt sind«

Hierzu .....^..„..Seiten Zeichnungen