DE102007044744B4

DE102007044744B4 - Bremsklotz für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE102007044744B4
Application number: DE200710044744
Authority: DE
Inventors: Herbert Freudenberg
Original assignee: Becorit GmbH
Current assignee: Becorit GmbH
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2011-11-03
Anticipated expiration: 2027-09-19
Also published as: WO2009036830A2; WO2009036830A3; EP2188545A2; DE102007044744A1

Abstract

Bremsklotz für Schienenfahrzeuge mit einem Bremsklotzrücken (1) aus Gußeisen und mit einer fest mit dem Bremsklotzrücken (1) verbundenen Kunststoffmasse, wobei der Bremsklotzrücken (1) einen gebogenen plattenförmigen Grundkörper (2) mit einer Tragfläche (3) auf einer Innenseite (4) für die Kunststoffmasse aufweist, wobei eine Gesamtbremsfläche des Bremsklotzes zu einem überwiegenden Anteil durch wenigstens eine Außenfläche der Kunststoffmasse und zu einem geringeren Anteil durch wenigstens eine Außenfläche des Bremsklotzrückens (1) gebildet wird, wobei der Grundkörper (2) an den Längsseiten (5, 6) rahmenlos ausgebildet ist und an jeder Querseite (7, 8) eine wangenförmige Seitenwand (9, 10) aufweist und wobei die Kunststoffmasse zwischen den Seitenwänden (9, 10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Seitenwand (9, 10) eine sich von der Oberseite (11, 12) der Seitenwand (9, 10) in Richtung zu der Tragfläche (3) erstreckende Unterbrechung (13, 14) im mittleren Bereich der Seitenwand (9, 10) aufweist und durch die Unterbrechung (13, 14) in zwei stegförmige Seitenwandabschnitte...

Description

Die Erfindung betrifft einen Bremsklotz mit den Oberbegriffsmerkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Bremsklotz mit den Oberbegriffsmerkmalen des Patentanspruchs 8.
Als Mittel zum Bremsen von Schienenfahrzeugen finden Bremsklötze aus Gußeisen Anwendung. Die Bremsklötze werden während des Bremsvorgangs durch die Kraft der Bremsanlage an die Fahrzeugräder gepreßt, wodurch ein Kraftmoment entsteht, das der Weiterdrehung des Rades entgegenwirkt. Während des Bremsvorgangs wird die Bewegungsenergie des Fahrzeugs in Wärme umgewandelt, wobei die Wärme durch Bremsklötze und Räder an die Umgebung abgegeben wird.
Gußeisen eignet sich als Material für Bremsklötze, da es geeignete mechanische Werkstoffeigenschaften hat und eine preiswerte Herstellung ermöglicht. Nachteilig wirkt sich bei Bremsklötzen aus Gußeisen ein geräuschvoller Fahr- und Bremsbetrieb aus, weiterhin der entstehende Staub als Umweltbelastung und Schmutzquelle für das Fahrzeug selbst. Ferner ist der häufige Instandhaltungsbedarf nachteilig infolge der Abnutzung der Bremsklötze. Schließlich kommt es beim Bremsbetrieb zur Ausbildung von Riefen oder Rillen in den Laufflächen der Räder durch Abrieb.
Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile von Bremsklötzen aus Gußeisen werden im Stand der Technik daher Bremsklötze aus Kunststoff eingesetzt. Solche Bremsklötze bestehen aus einer Mischung von Bindemitteln (z. B. Kunstharz, Kautschuk) und Füllstoffen, befestigt durch Aufpressen und Wärmebehandlung auf einem Träger aus Stahlblech.
Der Einsatz von Bremsklötzen aus Kunststoff ist gegenüber dem Einsatz von Bremsklötzen aus Gußeisen vorteilhaft bezüglich der Geräuschentwicklung, der Staubentwicklung und der Häufigkeit des Instandhaltungsbedarfes. Nachteilig beim Einsatz von Bremsklötzen aus Kunststoff ist allerdings, daß durch den Bremsbetrieb die Radoberfläche aufpoliert wird, was zu einer Verschlechterung der Haftung zwischen Rad und Schiene führt. Bei Regen und Schneefall kann sich der Bremsweg vergrößern. Darüber hinaus geben Bremsklötze aus Kunststoff kaum Wärme an die Umgebung ab, was zu einer Übererwärmung des Rades mit mechanischen Schäden am Rad einhergehen kann.
Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Bremsklötze bekannt, bei denen ein Bremsklotzrücken fest mit einer Kunststoffmasse verbunden ist. Der Bremsklotzrücken weist ein Gehäuse aus Gußeisen auf, das aus einer gebogenen plattenförmigen Rückwand und einem umlaufenden Rahmen gebildet wird. Bei der Herstellung des bekannten Bremsklotzes wird die Kunststoffmasse als Granulat in das Gehäuse eingefüllt, gleichmäßig verteilt und gepreßt. Anschließend ist eine Ofenhärtung vorgesehen. Das Gehäuse aus Gußeisen weist einen Querschnitt auf, der in Richtung der Bremsfläche immer geringer wird, so daß eine formschlüssige Verbindung zwischen der Kunststoffmasse und dem Bremsklotzrücken gewährleistet ist. Die Gesamtbremsfläche des Bremsklotzes wird bei diesen Bremsklötzen zu einem überwiegenden Anteil durch eine Reib- bzw. Außenfläche der Kunststoffmasse und zu einem geringeren Anteil durch die Außenfläche des Gehäuserahmens gebildet. Die Abnutzung des bekannten Bremsklotzes wird hauptsächlich durch den Kunststoff bestimmt, wodurch die Staubemission im Betrieb wesentlich geringer ist als bei Bremsklötzen aus Gußeisen. Der Bremsklotz weist eine bessere Wärmeableitungsfähigkeit auf als bekannte Bremsklötze aus Kunststoff. Dadurch wird die Wärmebelastung des Rades geringer. Der bekannte Bremsklotzrücken kann im übrigen eine oder mehrere Zwischenwände aufweisen, die der mechanischen Festigkeit und Wärmeableitung dienen. Der Bremsklotz kann bis zur völligen Abnutzung des Bremseinsatzes aus Kunststoff verwendet werden, wobei der Rest wiederverwertbar ist, da der Abfall überwiegend aus Gußeisen besteht. Die eventuell verbleibenden Kunststoffreste werden bei der hohen Temperatur während des Neugusses verbrannt.
Von Nachteil bei der Herstellung der zuletzt beschriebenen Bremsklötze ist eine hohe Ausschußquote, die auf Risse im Bremsklotzrücken zurückzuführen ist. Bei der Wärmebehandlung kann es aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnung von Gußeisen und Kunststoff im übrigen zu einem Lösen der Haftverbindung zwischen der Kunststoffmasse und dem Bremsklotzrücken kommen, was sich nachteilig auf den Bremsvorgang auswirken kann.
Ein Bremsklotz mit den Oberbegriffsmerkmalen des Patentanspruchs 1 ist bereits aus der DE 295 00 977 U1 bekannt. Der bekannte Bremsklotz weist in Umfangsrichtung des zu bremsenden Rades an den Querseiten Rippen auf, die einen Reibklotz aus Kunststoff in Umfangsrichtung abstützen sollen. Der Reibklotz ist durch wenigstens ein zusätzliches Befestigungsmittel formschlüssig mit dem Bremsklotzrücken verbunden. Die seitlichen Rippen sollen die tangential auf den Bremsklotz wirkenden Kräfte aufnehmen, wobei die zusätzlichen Befestigungsmittel einen ausreichenden Halt für den Reibklotz bieten sollen, auch wenn der Bremsklotzrücken durch Oxidation bereits stark angegriffen ist. Die Rippen erstrecken sich bei dem bekannten Bremsklotz in radialer Richtung bis an den Rand der Anlagefläche des Reibklotzes am Rad. Sie dienen dann nicht nur der Aufnahme der tangential an dem Reibklotz angreifenden Kräfte, sondern sie haben zusätzlich noch Reinigungsfunktion für die Bandagen der Räder. Der Reibklotz kann an dem Bremsklotzrücken zwischen den Rippen eingeklebt sein. Durch die formschlüssige Befestigung des Reibklotzes an dem Bremsklotzrücken kann auf die Klebeverbindung auch gänzlich verzichtet werden.
Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Bremsklötze bekannt, bei denen ein Bremsklotzrücken fest mit einer Kunststoffmasse als Reibmaterial verbunden ist. Aus der CH 422 045 A ist ein Bremsklotzrücken bekannt, der Aussparungen für eine Kunststoffeinlage oder Rippen aufweist, die in einen Hohlraum des Bremsklotzrückens vorspringen und in entsprechende Einbuchtungen des von der Kunststoffeinlage belegten Bereiches einer Gleitfläche eingreifen. Bei den zuvor beschriebenen Bremsklötzen wird der Kunststoff in die Aussparung(en) bzw. in den Hohlraum im metallischen Bremsklotzrücken eingegossen oder eingepreßt.
Wird bei einem Bremsklotz mit einem an den Längsseiten rahmenlos ausgebildeten Bremsklotzrücken, der lediglich an den Querseiten wangenförmige Seitenwände aufweist, eine Kunststoffmasse als Reibmaterial zwischen die Seitenwände eingepreßt, hat die Praxis gezeigt, daß die so erhältlichen Bremsklötze bereits nach kurzer Betriebsdauer Risse in den Seitenwänden aufweisen, die in der Regel einen Austausch der Bremsklötze erforderlich machen. Im übrigen ist durch den an den Längsseiten rahmenlos ausgebildeten Grundkörper des Bremsklotzrückens eine ausreichende Verbindung der Kunststoffmasse an dem Bremsklotzrücken insbesondere bei starken Belastungen im Betrieb nicht sichergestellt. Bei der Herstellung von Bremsklötzen der zuvor beschriebenen Art ist die Produktion fehlerbehafteter Teile bzw. der Ausschuß hoch, was zu hohen Herstellungskosten beiträgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Bremsklotz zur Verfügung zu stellen, der einen geräuscharmen Bremsbetrieb bei verringerter Abtragswirkung auf die Lauffläche des Rades und bei hoher Bremswirkung auch bei Nässe ermöglichen soll. Im übrigen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bremsklotz zur Verfügung zu stellen, der sich bei geringer Ausschußquote herstellen läßt und bei dem eine Haftung zwischen der Kunststoffmasse und dem Bremsklotzrücken in höherem Maße gewährleistet ist.
Die vorgenannte Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung durch einen Bremsklotz mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Der Erfindung liegt an dieser Stelle der Grundgedanke zugrunde, von dem aus dem Stand der Technik bekannten Bremsklotz mit einem umlaufenden Gehäuserahmen abzusehen und statt dessen den Grundkörper des Bremsklotzrückens bzw. die Rückwand an den Längsseiten rahmenlos auszubilden. Die Kunststoffmasse wird dabei zwischen den Seitenwandabschnitten eingebettet, so daß sich eine ausreichende Verbindung des Reibmaterials mit dem Gußteil ergibt. Beim Preßvorgang der Kunststoffmasse, wobei der Bremsklotzrücken in ein beheiztes Preßwerkzeug eingelegt ist, kann durch die unterbrochenen Seitenwände eine Rißbildung im Bereich der stegförmigen Seitenwandabschnitte ausgeschlossen werden. Die Ausschußquote ist daher bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Bremsklötze sehr gering. Im übrigen ermöglicht der erfindungsgemäße Bremsklotz einen geräuschärmeren Bremsbetrieb bei geringerem Abrieb der Lauffläche des Rades, was eine Standzeitverlängerung zur Folge hat. Auch bei Nässe ist eine hohe Bremswirkung sichergestellt.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung durch einen Bremsklotz mit den Merkmalen von Patentanspruch 8 gelöst. Bei dieser Ausführungsform weist der Grundkörper an der Stelle von seitlichen Stegen, zwischen denen die Kunststoffmasse als Reibmaterial eingebettet wird, von der Tragfläche aufragende Haltezapfen auf, die über den Grundkörper verteilt angeordnet sind und eine ausreichende Verbindung des Reibmaterials mit dem Gußteil sicherstellen.
Durch die rahmenlose Ausbildung des Grundkörpers ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung eine Rißbildung des Bremsklotzrückens beim Preßvorgang der Kunststoffmasse ausgeschlossen, was zu einer sehr geringen Ausschußquote führt. Die über den Grundkörper verteilt angeordneten Haltezapfen stellen zum einen eine ausreichende Haftung zwischen der Kunststoffmasse und dem Bremsklotzrücken sicher. Zum anderen bilden Stirnflächen der Haltezapfen einen Anteil an der Gesamtbremsfläche, so daß auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung durch die Werkstoffkombination Gußeisen-Kunststoff die vorteilhaften Bremseigenschaften beider Werkstoffkomponenten funktionell integriert sind. Im übrigen weist der Bremsklotz ähnlich gute Bremseigenschaften auf wie der zuvor beschriebene Bremsklotz gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Bremsklötzen mit einer Gesamtbremsfläche, die durch Teile des Kunststoffmaterials und Teile des gußeisernen Bremsklotzrückens gebildet wird, treten Riefen und Rillen auf den Laufflächen der Räder des Schienenfahrzeuges auf, die die Folge von mechanischem Abrieb der Laufflächen unter Einwirkung der von dem Bremsklotzrücken gebildeten Bremsflächen sind.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ist bei einem Bremsklotz der eingangs genannten Art daher bei einer dritten alternativen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß der durch die Außenfläche(n) des Bremsklotzrückens gebildete Anteil an der Gesamtbremsfläche weniger als 10 bis 15% beträgt, insbesondere zwischen 8 bis 13% bei der ersten Ausführungsform und zwischen 5 bis 8% bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bremsklotzes. Der durch Teile des Bremsklotzrückens gebildete gußeiserne Anteil an der Gesamtbremsfläche kann sich durch Abrieb mit zunehmender Nutzungsdauer des Bremsklotzes bzw. zunehmender Dauer des Bremsbetriebes ändern. Die vorgenannten Prozentangaben beziehen sich auf einen maximalen Anteil an der Gesamtbremsfläche, der während der Gebrauchsdauer des Bremsklotzes erreicht werden kann. Im Zusammenhang mit der Erfindung wurde überraschenderweise festgestellt, daß auch bei einem derart geringen durch die Außenfläche des Bremsklotzrückens gebildeten Anteil an der Gesamtbremsfläche eine ausreichende Wärmeabfuhr gewährleistet und die Bildung von Riefen und Rillen an den Laufflächen der Räder weitgehend ausgeschlossen ist. Daraus resultiert eine deutlich längere Standzeit der Räder, was zu geringen Wartungs- und Instandhaltungskosten führt.
Im übrigen kommt es beim Bremsbetrieb nicht zu einer aufpolierenden Wirkung der Laufflächen der Räder des Schienenfahrzeuges bei im Vergleich zu den bekannten Bremsklötzen geringerer Staubemission. Schließlich hat sich trotz des vergleichsweise höheren Anteils der Kunststofffläche an der Gesamtbremsfläche in der Praxis auch bei Regen und Schneefall keine nennenswerte Vergrößerung des Bremsweges gezeigt.
Im einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Bremsklotz auszugestalten und weiterzubilden, wobei einerseits auf die abhängigen Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen wird. Die Erfindung läßt es bedarfsweise zu, die in den Ansprüchen genannten und/oder die anhand der Zeichnung offenbarten und beschriebenen Merkmale miteinander zu kombinieren, auch wenn dies nicht im einzelnen beschrieben ist. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Im übrigen beziehen sich die beschriebenen Merkmale der Erfindung auf den Neuzustand bzw. Herstellungszustand des Bremsklotzes vor der Inbetriebnahme, soweit es nicht ausdrücklich anderslautend erwähnt worden ist.
In der Zeichnung zeigen
1 eine Längsschnittansicht eines Bremsklotzrückens für einen Bremsklotz für Schienenfahrzeuge gemäß der ersten alternativen Ausführungsform,
2 eine Querschnittansicht des in 1 dargestellten Bremsklotzrückens,
3 eine Draufsicht auf den in 1 dargestellten Bremsklotzrücken,
4 eine Längsschnittansicht eines Bremsklotzrückens für einen Bremsklotz für Schienenfahrzeuge gemäß der zweiten alternativen Ausführungsform,
5 eine Querschnittansicht des in 4 dargestellten Bremsklotzrückens und
6 den in 4 dargestellten Bremsklotzrücken in einer Draufsicht von oben.
In 1 ist ein Bremsklotzrücken 1 für einen Bremsklotz für Schienenfahrzeuge aus Gußeisen dargestellt, wobei der Bremsklotzrücken 1 mit einer nicht dargestellten Kunststoffmasse verbindbar ist, um den Bremsklotz zu erhalten. Der Bremsklotzrücken 1 weist einen gebogenen plattenförmigen Grundkörper 2 mit einer Tragfläche 3 auf der Innenseite 4 für die nicht dargestellte Kunststoffmasse auf. Eine Gesamtbremsfläche des Bremsklotzes wird zu einem überwiegenden Anteil durch wenigstens eine Außenfläche der Kunststoffmasse und zu einem geringeren Anteil durch wenigstens eine Außenfläche des Bremsklotzrückens 1 gebildet, worauf nachfolgend noch im einzelnen eingegangen wird.
Der Grundkörper 2 ist an den Längsseiten 5, 6 rahmenlos ausgebildet und weist an jeder Querseite 7, 8 eine wangenförmige Seitenwand 9, 10 auf, wobei die Kunststoffmasse zwischen den Seitenwänden 9, 10 anzuordnen ist. Jede Seitenwand 9, 10 weist wenigstens eine sich von der Oberseite 11, 12 der Seitenwand 9, 10 in Richtung zu der Tragfläche 3 erstreckende Unterbrechung 13, 14 auf, wobei durch die Unterbrechung 13, 14 die Seitenwand 9, 10 in wenigstens zwei stegförmige Seitenwandabschnitte 15, 16 bzw. 17, 18 unterteilt ist und wobei Stirnflächen 19 bis 22 der Seitenwandabschnitte 15 bis 18 einen Anteil an der Gesamtbremsfläche des Bremsklotzes bilden. Beim Fahrbetrieb kommt es zum Abrieb der Kunststoffmasse und der Seitenwandabschnitte 15 bis 18 im Bereich der Stirnflächen 19 bis 22, so daß sich der durch die Stirnflächen 19 bis 22 der Seitenwandabschnitte 15 bis 18 gebildete Anteil an der Gesamtbremsfläche in Abhängigkeit vom Verschleißzustand des Bremsklotzes bzw. von der Benutzungsdauer ändert.
Die Herstellung des Bremsklotzes läuft nun wie folgt ab. Zunächst erfolgt das Sandstrahlen des Bremsklotzrückens 1 aus Gußeisen und eine unmittelbare Beschichtung mit einem Klebstoff. Unmittelbar im Anschluß wird der so beschichtete Bremsklotzrücken 1 in ein beheiztes nicht dargestelltes Preßwerkzeug eingesetzt und granulierte Kunststoffmasse als Reibmaterial in das Preßwerkzeug eingefüllt. Danach wird die Kunststoffmasse gleichmäßig verteilt. Die Klebstoffbeschichtung führt zu einer verbesserten Haftung. In einem daran anschließenden Preßvorgang wird die Kunststoffmasse verdichtet und verfestigt, wobei die Kunststoffmasse zwischen den Seitenwandabschnitten 15 bis 18 angeordnet ist und auf der Tragfläche 3 aufliegt. Nach Ablauf des Preßprogramms wird der so erhaltene Bremsklotz aus dem Preßwerkzeug entnommen und entgratet. Schließlich ist eine Ofenhärtung des Bremsklotzes bei ca. 200°C vorgesehen. Die an den Längsseiten 5, 6 rahmenlose Ausbildung des Grundkörpers 2 stellt sicher, daß es bei der Herstellung nicht zu der Bildung von Rissen im Grundkörper 2 kommen kann. Im übrigen wird die Rißbildung im Bereich der Seitenwände 9, 10 durch die vorgesehenen Unterbrechungen 13, 14 wirkungsvoll verhindert. In diesem Zusammenhang ist eine Unterbrechung 13, 14 zumindest im mittleren Bereich der Seitenwand 9, 10 vorgesehen und erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Höhe einer Seitenwand 9, 10 bis hin zur Tragfläche 3.
Um eine ausreichende Verbindung der Kunststoffmasse bzw. des Reibmaterials zum Grundkörper 2 zu gewährleisten, weist die Unterbrechung 13, 14 eine nach außen zunehmende Öffnungsweite auf. Die Seitenwandabschnitte 15 bis 18 weisen zu diesem Zweck auf den der Unterbrechung 13, 14 zugewandten Längsseiten entsprechende Schrägen 23 auf, die in 3 lediglich für die auf der linken Querseite 7 des Grundkörpers 2 vorgesehenen Seitenwandabschnitte 15 und 16 dargestellt sind.
Durch die Schrägen 23 wird eine zusätzliche Verankerung der Kunststoffmasse im Bereich der Unterbrechungen 13, 14 mit den Seitenwandabschnitten 15 bis 18 gewährleistet. Hierbei ist es so, daß beim Einfüllen und anschließenden Pressen der Kunststoffmasse diese in den unterbrochenen Bereich zwischen zwei nebeneinander angeordneten Seitenwandabschnitten 15 bis 18 eindringt. Durch die Hinterschneidung wird eine zusätzliche Verankerung der Kunststoffmasse an dem Bremsklotzrücken 1 gewährleistet.
Darüber hinaus weist der Grundkörper zwei Haltezapfen 24 auf, die sich von der Tragfläche 3 in Richtung zu einer Bremsfläche des Bremsklotzes bzw. nach außen erstrecken. Die Haltezapfen 24 sind im Bereich der Mittellängsachse X₁ des Grundkörpers 2 und beabstandet von der Mittelquerachse Y₁ des Grundkörpers 2 angeordnet. Durch die Haltezapfen 24 wird die Verbindung zwischen der Kunststoffmasse und dem Bremsklotzrücken 1 weiter verbessert.
Die Haltezapfen 24 können bei dem Bremsklotz vollständig in die Kunststoffmasse eingebettet sein, wobei Stirnflächen 25 der Haltezapfen 24 lediglich zur Verbesserung der Haftung der Kunststoffmasse an dem Bremsklotzrücken 1 vorgesehen sind und keinen Anteil an der Gesamtbremsfläche bilden. Grundsätzlich können die Stirnflächen 25 der Haltezapfen 24 auch einen weiteren Anteil an der Gesamtbremsfläche des Bremsklotzes bilden. Im Ergebnis wird die Gesamtbremsfläche des Bremsklotzes dann zu einem überwiegenden Anteil durch eine Außenfläche der Kunststoffmasse und zu einem geringeren Anteil durch die Stirnflächen 19 bis 22 der Seitenwandabschnitte 15 bis 18 und durch die Stirnflächen 25 der Haltezapfen 24 gebildet. Im übrigen versteht es sich, daß mit zunehmendem Abrieb ein gegenüber dem Neu- bzw. Herstellungszustand veränderter Anteil an der Gesamtbremsfläche von den Stirnflächen 19 bis 22 der Seitenwandabschnitte 15 bis 18 und gegebenenfalls den Stirnflächen 25 der Haltezapfen 24 gebildet sein kann.
Die Bildung der Gesamtbremsfläche des Bremsklotzes durch Teile des Bremsklotzrückens 1 und, im überwiegenden Maße, durch Flächenanteile der Kunststoffmasse, ist mit einer Reihe von Vorteilen verbunden. Der gußeiserne Anteil an der Bremsfläche stellt eine ausreichende Bremswirkung auch bei Nässe sicher und wirkt dem Aufpolieren der Radlaufflächen entgegen. Da bei dem erfindungsgemäßen Bremsklotz nur ein kleiner Anteil der Gesamtbremsfläche durch Teile des Bremsklotzrückens 1 gebildet wird, kommt es nicht oder nur in einem geringeren Umfang zu einer Riefenbildung an den Radlaufflächen, was eine ausreichend lange Standzeit der Räder sicherstellt. In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise vorgesehen, daß der durch Teile bzw. die Außenflächen des Bremsklotzrückens 1 gebildete Anteil an der Gesamtbremsfläche weniger als 15%, insbesondere zwischen 8 bis 13%, beträgt.
Um das Einfüllen der Kunststoffmasse zwischen den Seitenwandabschnitten 15 bis 18 und das anschließende Pressen der Kunststoffmasse zu vereinfachen, weisen die Seitenwandabschnitte 15 bis 18 abgerundete Innenkanten 26 auf. Es versteht sich, daß sich die Querschnittsformen der Seitenwandabschnitte 15 bis 18 und der Haltezapfen 24 mit Bezug auf das aktuelle Höhenniveau der Bremsfläche mit zunehmender Gebrauchsdauer des Bremsklotzes, d. h. mit zunehmendem Abrieb der Bremsfläche, verändern können.
Die Haltezapfen 24 sind kegelstumpfförmig ausgebildet und oben abgerundet. Dadurch wird einer Überverdichtung der Kunststoffmasse beim Preßvorgang vorgebeugt. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, oben flache, konische Haltestifte vorzusehen, wobei im Preßwerkzeug halbkugelförmige Freiräume vorgesehen sein müssen, um Überverdichtungen in diesem Bereich zu verhindern. In diesem Fall ist jedoch ein zusätzlicher Arbeitsgang zur Entfernung der kugelförmigen Ausformungen an den Haltezapfen notwendig, was bei abgerundeten Oberseiten der Haltezapfen 24 entfällt. Diese können mit glatten Werkzeugen verpreßt werden.
Wie sich weiter aus den 1 und 3 ergibt, sind die Haltezapfen 24 mittenversetzt angeordnet. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, eine Mittelnut im Bereich der Mittelquerachse Y₁ in die Kunststoffmasse einzubringen, wobei sich die Mittelnut von der Oberfläche der Kunststoffmasse bzw. der Bremsfläche bis hin zur Tragfläche 3 erstrecken kann. Durch die Mittelnut wird die unterschiedliche Ausdehnung von Gußeisen und Kunststoff bei der Wärmebehandlung während der Herstellung und beim Bremsbetrieb kompensiert, so daß eine Rißbildung und ein Ablösen der Kunststoffmasse von dem Bremsklotzrücken 1 ausgeschlossen werden können.
In 4 ist eine zweite Ausführungsform eines Bremsklotzrückens 27 für einen Bremsklotz für Schienenfahrzeuge im Längsschnitt dargestellt, wobei die Herstellung des Bremsklotzes gemäß dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren erfolgt und der Bremsklotzrücken 27 mit einer den überwiegenden Anteil der Bremsfläche des Bremsklotzes bildenden Kunststoffmasse fest verbunden wird. Der Bremsklotzrücken 27 besteht wiederum aus Gußeisen und weist einen gebogenen plattenförmigen Grundkörper 28 mit einer Tragfläche 29 auf einer Innenseite 30 für die Kunststoffmasse auf. Darüber hinaus ist der Grundkörper 28 entlang der Längsseiten 31, 32 und der Querseiten 33, 34 rahmenlos ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Haltezapfen 35, 36 für die Kunststoffmasse auf, so daß eine feste Verbindung zwischen der Kunststoffmasse und dem Grundkörper 28 beim Preßvorgang der Kunststoffmasse und bei der anschließenden Wärmebehandlung gewährleistet ist. Im übrigen wird ein geringerer Anteil der Gesamtbremsfläche durch Stirnflächen 37 der Haltezapfen 35, 36 gebildet. Auch hier versteht es sich, daß der von den Stirnflächen 37 der Haltezapfen 35, 36 gebildete Anteil an der Gesamtbremsfläche abhängig ist vom Abnutzungsgrad des Bremsklotzes bzw. von dem zunehmenden Abrieb der Kunststoffmasse und der Haltezapfen 35, 36 beim Bremsbetrieb.
Da die Gesamtbremsfläche des Bremsklotzes zu einem überwiegenden Anteil durch wenigstens eine bzw. mehrere Außenflächen der Kunststoffmasse und zu einem geringeren Anteil durch die Stirnflächen der Haltezapfen 35, 36 gebildet wird, lassen sich dieselben Vorteile beim Bremsbetrieb erreichen, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem in den 1 bis 3 dargestellten Bremsklotzrücken 1 beschrieben worden sind.
Die Haltezapfen 35, 36 sind bei dem fertig hergestellten Bremsklotz mantelseitig in die Kunststoffmasse eingebettet, um eine ausreichende Verbindung zwischen dem Bremsklotzrücken 27 und der Kunststoffmasse zu gewährleisten. Dabei sind die Mantelflächen der Haltezapfen 36 vollflächig von der Kunststoffmasse umgeben. Die in den Eckbereichen von aufeinander zulaufenden Längsseiten 31, 32 und Querseiten 33, 34 des Grundkörpers 28 vorgesehenen Haltezapfen 35 müssen nicht zwingend vollflächig mantelseitig in die Kunststoffmasse eingebettet sein. Die in den Eckbereichen vorgesehenen Haltezapfen 35 können auch soweit nach außen versetzt angeordnet sein, daß die Haltezapfen nur auf den Innenseiten gegen die Kunststoffmasse anliegen.
Die Haltezapfen 35, 36 sind symmetrisch verteilt über die Tragfläche 29 angeordnet. Im Bereich der Mittelquerachse Y₂ ist der Grundkörper 28 wiederum zapfenfrei ausgebildet, so daß bei dem fertig hergestellten Bremsklotz im Bereich der Mittelquerachse Y₂ ebenfalls ein Kompensationsschlitz in die Kunststoffmasse eingebracht werden kann, und zwar nach der Ofenhärtung der mit dem Bremsklotzrücken 27 verbundenen Kunststoffmasse. Durch eine Mittelnut wird die unterschiedliche Wärmeausdehnung von Kunststoff und Gußeisen bei der Herstellung und beim Bremsbetrieb kompensiert und das Auftreten von Rissen verhindert.
Nicht dargestellt ist, daß die Haltezapfen 36 entlang einer diagonalen Verbindungslinie von zwei nicht nebeneinander liegenden in den Eckbereichen vorgesehenen Haltezapfen 35 angeordnet sein können. Die Anordnung der Haltezapfen 35, 36 auf dem Grundkörper 28 ist dann im wesentlichen Z-förmig. Hierdurch wird eine sehr feste Verbindung zwischen der Kunststoffmasse und dem Bremsklotzrücken 27 gewährleistet.
Zur Verhinderung von Überverdichtungen beim Pressen der Kunststoffmasse weisen die Haltezapfen 35, 36 stirnseitig abgerundete Kanten auf. Im übrigen sind die Haltezapfen 35, 36 ebenfalls kegelstumpfförmig ausgebildet, was in Verbindung mit der stirnseitigen Abrundung dazu beiträgt, daß beim Einfüllen und anschließenden Pressen die Kunststoffmasse an den Haltezapfen 35, 36 vorbeifließt und sich keine Hohlräume in der Kunststoffmasse bilden.
Um die Bildung von Hohlräumen in der Kunststoffmasse zu verhindern und die Haftung zu verbessern, kann der Haltezapfenquerschnitt beispielsweise in Querrichtung des Bremsklotzrückens 27 beidseitig eine Einschnürung aufweisen, wobei sich die Einschnürung über die gesamte Höhe des Haltezapfens 35, 36 erstreckt. Darüber hinaus sind die Haltezapfen 35, 36 im Anformungsbereich an den Grundkörper 28 kegelförmig verdickt mit vorzugsweise konkaven Mantelflächen. Dadurch wird das Einbetten der Haltezapfen 35, 36 in die Kunststoffmasse vereinfacht und eine feste Haftverbindung sichergestellt. Nicht dargestellt ist im übrigen, daß die Haltezapfen 35, 36 auf der Oberseite auch abgeflacht sein können, wobei zur Vermeidung von Überverdichtungen beim Preßvorgang im Preßwerkzeug entsprechende Freiräume oberhalb von den Haltezapfen vorgesehen sein müssen.
Um sehr gute Bremseigenschaften des Bremsklotzes auch bei Nässe sicherzustellen, ist es erforderlich, daß der Flächenanteil an der Gesamtbrems- bzw. -reibfläche, der durch gußeiserne Außenflächen des Bremsklotzrückens gebildet wird, einen bestimmten Wert nicht unterschreitet. Weiter kann der Anteil der Gußfläche(n) an der Gesamtbremsfläche des Bremsklotzes nicht beliebig vergrößert werden, da andernfalls der Geräuschreduzierungseffekt, der von den Reibflächen aus Kunststoff ausgeht, kompensiert würde. Um sehr gute Bremseigenschaften des Bremsklotzes bei geringer Geräuschbildung und auch bei Nässe sicherzustellen sowie eine Riefenbildung an den Radlaufflächen auszuschließen, ist es bei dem anhand der 4 bis 6 zuvor beschriebenen Bremsklotz vorzugsweise vorgesehen, daß der durch die Außenfläche des Bremsklotzrückens 27, d. h. durch die Stirnflächen 37 der Haltezapfen 35, 36 gebildete Anteil an der Gesamtbremsfläche des Bremsklotzes weniger als 10%, insbesondere zwischen 5 bis 8%, beträgt.
Bei beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist der Bremsklotzrücken 1, 27 jeweils einstückig ausgebildet. Bei dem Bremsklotzrücken 1, 27 handelt es sich um ein Gußteil mit entsprechenden Eigenschaften, zugelassen für Bremsklotzsohlen.
Um die Haftung zwischen der Kunststoffmasse und dem Bremsklotzrücken 1, 27 weiter zu verbessern, können in der Tragfläche 3, 29 eine Mehrzahl von Vertiefungen 38 vorgesehen sein. Zu demselben Zweck können in den Grundkörper 2, 28 eine Mehrzahl von Ausnehmungen, insbesondere Löcher 39, 40, für die Kunststoffmasse eingebracht sein. Die Löcher 39, 40 können konisch verlaufend mit nach außen zunehmender Öffnungsweite ausgebildet sein. Dadurch ist eine mechanische Verankerung der Kunststoffmasse an bzw. in dem Grundkörper 2, 28 möglich.
Das Einlegen des mit dem Kleber beschichteten Bremsklotzrückens 1, 27 in das Preßwerkzeug macht es erforderlich, daß zwischen der Preßform und dem Gußkörper ein ausreichendes Spiel vorhanden ist. Das Spiel darf einerseits nicht zu klein sein (um das Einlegen des Bremsklotzrückens zu ermöglichen), andererseits darf das Spiel nicht zu groß sein um eine Beschädigung durch Risse während des Verpressens der Kunststoffmasse unter hohem Druck nicht zuzulassen. Die Materialeigenschaften des Bremsklotzrückens (Gußeisen) lassen hier nur geringe Spiele zu die durch den normalen Gießprozeß nicht einzuhalten sind. Das hier vorgesehene Spiel wurde prozesstechnisch optimiert und kann somit in geringen Grenzen gehalten werden. Wesentlich ist hier, daß das notwendige, geringe Spiel ohne mechanische Nacharbeit des Bremsklotzsohlenrückens erreicht wird. Es wird vorzugsweise ein Spiel von 1 bis 2 mm, insbesondere von 1,5 mm, zur Form eingehalten.
Um einen Bruch des Grundkörpers 2, 28 zu verhindern, ist eine Stahleinlage 41 vorgesehen, die in den Grundkörper 2, 28 eingegossen ist und sich koaxial zur Mittellängsachse X₁, X₂ des Grundkörpers 2, 28 über die gesamte Länge des Grundkörpers 2, 28 erstreckt. Die Materialstärke des Grundkörpers 2, 28 beträgt benachbart zur Stahleinlage wenigstens 1,0 cm. Die Tragfläche 3, 29 kann eine sich über die gesamte Länge des Grundkörpers 2, 28 erstreckende Erhöhung 42, 43 über der Stahleinlage 41 aufweisen. Durch Vergrößerung der Wandstärke des Bremsklotzrückens 1, 27 über der Stahleinlage 41 um ca. 1 bis 3 mm, vorzugsweise ca. 2 mm, wird die Bruchneigung des Gußteils insbesondere im Bereich der Enden der Stahleinlage 41 deutlich verringert.
Die anhand der 1 bis 6 beschriebenen Bremsklötze können variabel auf ein bestimmtes Reibniveau eingestellt werden, indem der gußeiserne Anteil an der Gesamtbremsfläche des Bremsklotzes entsprechend vorgegeben wird. Grauguß vom Typ P10 weist darüber hinaus einen niedrigen Reibungskoeffizienten und Grauguß vom Typ P30 einen hohen Reibungskoeffizienten auf. Der Reibungskoeffizient der Kunststoffmasse kann 0,1 bis 0,3 (0,35) betragen. Je nach Werkstoffkombination lassen sich somit unterschiedliche Gesamtreibwerte der Bremsfläche einstellen.
Dies ermöglicht es die Erfindung auf unterschiedliche Anwendungen anzuwenden.

Claims

Bremsklotz für Schienenfahrzeuge mit einem Bremsklotzrücken (1) aus Gußeisen und mit einer fest mit dem Bremsklotzrücken (1) verbundenen Kunststoffmasse, wobei der Bremsklotzrücken (1) einen gebogenen plattenförmigen Grundkörper (2) mit einer Tragfläche (3) auf einer Innenseite (4) für die Kunststoffmasse aufweist, wobei eine Gesamtbremsfläche des Bremsklotzes zu einem überwiegenden Anteil durch wenigstens eine Außenfläche der Kunststoffmasse und zu einem geringeren Anteil durch wenigstens eine Außenfläche des Bremsklotzrückens (1) gebildet wird, wobei der Grundkörper (2) an den Längsseiten (5, 6) rahmenlos ausgebildet ist und an jeder Querseite (7, 8) eine wangenförmige Seitenwand (9, 10) aufweist und wobei die Kunststoffmasse zwischen den Seitenwänden (9, 10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Seitenwand (9, 10) eine sich von der Oberseite (11, 12) der Seitenwand (9, 10) in Richtung zu der Tragfläche (3) erstreckende Unterbrechung (13, 14) im mittleren Bereich der Seitenwand (9, 10) aufweist und durch die Unterbrechung (13, 14) in zwei stegförmige Seitenwandabschnitte (15, 16, 17, 18) unterteilt ist, wobei Stirnflächen (19, 20, 21, 22) der Seitenwandabschnitte (15, 16, 17, 18) einen Anteil an der Gesamtbremsfläche bilden.
Bremsklotz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung (13, 14) durch Schrägen (23) in den Seitenwandabschnitten (15, 16, 17, 18) begrenzt ist und eine nach außen zunehmende Öffnungsweite aufweist.
Bremsklotz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) wenigstens einen Haltezapfen (24) für die Kunststoffmasse aufweist, wobei sich der Haltezapfen (24) von der Tragfläche (3) in Richtung zur Bremsfläche erstreckt.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnfläche (25) des Haltezapfens (24) einen weiteren Anteil an der Gesamtbremsfläche bildet.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkanten (26) der Seitenwandabschnitte (15, 16, 17, 18) abgerundet sind.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltezapfen (24) die Form eines Kegelstumpfes aufweist und stirnseitig abgerundet ist.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Außenfläche des Bremsklotzrückens (1, 27) gebildete Anteil an der Gesamtbremsfläche weniger als 10%, insbesondere zwischen 4 bis 8%, beträgt.
Bremsklotz für Schienenfahrzeuge mit einem Bremsklotzrücken (27) aus Gußeisen und mit einer fest mit dem Bremsklotzrücken (27) verbundenen Kunststoffmasse, wobei der Bremsklotzrücken (27) einen gebogenen plattenförmigen Grundkörper (28) mit einer Tragfläche (29) auf einer Innenseite (30) für die Kunststoffmasse aufweist und wobei eine Gesamtbremsfläche des Bremsklotzes zu einem überwiegenden Anteil durch wenigstens eine Außenfläche der Kunststoffmasse und zu einem geringeren Anteil durch wenigstens eine Außenfläche des Bremsklotzrückens (27) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (28) rahmenlos ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Haltezapfen (35, 36) für die Kunststoffmasse aufweist, wobei sich die Haltezapfen (35, 36) von der Tragfläche (29) ausgehend in Richtung zur Bremsfläche erstrecken und wobei Stirnflächen (37) der Haltezapfen (35, 36) einen Anteil an der Gesamtbremsfläche bilden.
Bremsklotz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltezapfen (35, 36) in die Kunststoffmasse eingebettet sind, wobei, vorzugsweise, die Mantelflächen der Haltezapfen (35, 36) vollflächig von der Kunststoffmasse umgeben sind.
Bremsklotz nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Haltezapfen (35) in den Eckbereichen von aufeinander zulaufenden Längsseiten (31, 32) und Querseiten (33, 34) des Grundkörpers (28) vorgesehen sind.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Haltezapfen (36) entlang einer diagonalen Verbindungslinie von zwei nicht nebeneinander liegenden in den Eckbereichen vorgesehenen Haltezapfen (35) angeordnet sind.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltezapfen (35, 36) symmetrisch über die Tragfläche (29) verteilt angeordnet sind.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltezapfen (35, 36) stirnseitig abgerundet sind.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltezapfenquerschnitt auf gegenüberliegenden Seiten eingeschnürt ist, wobei sich die Einschnürung vorzugsweise über die gesamte Höhe eines Haltezapfens (35, 36) erstreckt.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltezapfen (35, 36) auf der Oberseite (11, 12) abgeflacht sind.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2, 28) im Bereich der Mittelquerachse (Y₁, Y₂) des Bremsklotzrückens (1, 27) zapfenfrei ist.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein querverlaufender Schlitz im Bereich der Mittelquerachse (Y₁, Y₂) des Bremsklotzrückens (1, 27) vorgesehen ist, wobei, vorzugsweise, sich der Schlitz von der Bremsfläche bis zum Grundkörper (2, 28) erstreckt.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsklotzrücken (1, 27) einstückig als Gußteil ausgebildet ist.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfläche (3, 29) eine Mehrzahl von Vertiefungen (38) aufweist.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2, 28) im Bereich der Tragfläche (3, 29) eine Mehrzahl von Ausnehmungen für die Kunststoffmasse aufweist, insbesondere konisch ausgebildete Löcher (39, 40) mit einer nach außen zunehmenden Öffnungsweite.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine in den Grundkörper (2, 28) eingegossene Stahleinlage (41) vorgesehen ist, wobei, vorzugsweise, sich die Stahleinlage (41) koaxial zur Mittellängsachse (X₁, X₂) des Grundkörpers (2, 28) über die gesamte Länge des Grundkörpers (2, 28) erstreckt.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfläche (3, 29) eine sich über die gesamte Länge des Grundkörpers (2, 28) erstreckende Erhöhung (42, 43) im Bereich der Stahleinlage (41) aufweist.
Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Außenfläche des Bremsklotzrückens (1, 27) gebildete Anteil an der Gesamtbremsfläche weniger als 10%, insbesondere zwischen 4 bis 8%, beträgt.