DE102008003923A1

DE102008003923A1 - Schienenrad

Info

Publication number: DE102008003923A1
Application number: DE102008003923A
Authority: DE
Inventors: Xaver Dr. Wirth; Christian Dr. Mosbach
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2009-07-30
Also published as: JP2011509211A; PL2231418T3; KR20100100903A; CN101909902B; JP5566304B2; US9562577B2; ES2388473T3; RU2010133530A; US20100283276A1; CN101909902A; RU2493017C2; US8939488B2; PT2231418E; WO2009086900A1; AU2008346497A1; EP2231418A1; SI2231418T1; KR101522753B1; BRPI0821981A2; BRPI0821981B1

Abstract

Ein Schienenrad mit einem Radkörper (1) und beidseitig daran mit Befestigungselementen angeschlossenen Radbremsscheiben (2) ist so ausgebildet, dass zumindest in den jeweiligen Anlagebereichen der Radbremsscheiben (2) am Radkörper (1) eine mechanisch und thermisch hoch belastbare Zwischenlage (7) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schienenrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei den bekannten Schienenrädern sind die beidseitig an dem Radkörper angeschlossenen Radbremsscheiben durch eine Vielzahl von über den Umfang verteilten Befestigungselementen, vornehmlich Durchgangsschrauben, am Radkörper befestigt.
Dabei liegen die Radbremsscheiben mit angeformten Kühlrippen, Zentrier- und Befestigungs-Augen unmittelbar am Radkörper an und zwar an einem umfänglichen Radsteg, der eine Radnabe mit einem äußeren Laufring verbindet.
Durch die unmittelbare Anlage der Radbremsscheiben am Radkörper ergeben sich jedoch betriebsbedingt erhebliche Probleme.
So entstehen während einer Bremsung infolge des auftretenden axialen Temperaturgradienten radial außen der Radbremsscheibe zwischen dem Radsteg und den Anlagebereichen erhebliche Überhöhungen der Flächenpressung. (Ware die jeweilige Bremsscheibe nicht mit dem Radkörper verschraubt, so würde sie die Form einer Tellerfeder annehmen)
Daneben haben die ringförmigen Radbremsscheiben die Neigung, sich durch Zugeigenspannungen in den Reibflächen, die durch hohe thermische Belastungen auftreten, entgegengesetzt tellerartig zu verformen.
Dann entstehen im kalten Zustand Überhöhungen der Flächenpressungen in den radial innen liegenden Anlagebereichen.
Durch ein thermisch bedingtes „Atmen" der Radbremsscheibe, also einem radialen intervallartigen Zusammenziehen und Ausdehnen, tritt bei jedem Bremsvorgang ein sogenanntes Reibgleiten in den Anlagebereichen auf.
Aufgrund der genannten Überhöhungen der Flächenpressungen kommt es vor allem bei hohen Bremsleistungen zu einem Fressen zwischen den Radbremsscheiben und dem Radkörper im Bereich der Anlagebereiche bzw. zu lokalen plastischen Verformungen im Radsteg, was langfristig zu Schädigungen im Rad, wie Rissbildungen, führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenrad der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass mit konstruktiv einfachsten Mitteln eine betriebsbedingte Überbeanspruchung verhindert und dadurch die Standzeit insgesamt erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Schienenrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Anordnung einer mechanisch und thermisch hochbelastbaren Zwischenlage zumindest im jeweiligen Anlagebereich zwischen den Radbremsscheiben und dem Radkörper, d. h., dem Radsteg, entstehen keine nennenswerten Temperaturunterschiede mehr zwischen dem Radsteg und dem Anlagebereich der Radbremsscheibe.
Die thermisch bedingten, zum Stand der Technik als „Atmen" bezeichneten radialen Verformungen der Radbremsscheibe, die beim Bremsen auftreten, bleiben nun ohne Wirkung, da die Zwischenlage sozusagen als Gleitschicht fungiert, auf der entweder die Radbremsscheibe entsprechend gleitet, wenn die Zwischenlage radial gesichert am Radkörper gehalten ist, oder die Zwischenlage sich mitsamt der angeschlossenen Radbremsscheibe relativ zum Radkörper darauf gleitend bewegt.
Zweckmäßigerweise ist dabei die Zwischenlage in ihrer flächigen Abmessung gleichgroß oder größer als die zugeordnete Abmessung des Anlagebereiches der Radbremsscheiben, so dass eine geringe Flächenpressung wirksam ist.
Die genannten Fresserscheinungen bzw. plastischen Verformungen im Radsteg werden somit verhindert, so dass auch die in deren Folge entstehende Rissbildung wirksam vermieden wird.
Naturgemäß führt dies zu einer deutlichen Erhöhung der Standzeit des gesamten Schienenrades sowie einer bemerkenswerten Verbesserung der Betriebssicherheit.
Hierzu ist es auch zweckdienlich, die Zwischenlage aus einem Blech herzustellen, dessen Härte deutlich höher ist, als die Härte bzw. Festigkeit des Radsteges.
Wie sich gezeigt hat, ist ein Blech aus rostfreiem Stahl mit polierten Oberflächen, das üblicherweise als Rollenmaterial vorliegt, für diesen Einsatzzweck in idealer Weise geeignet, wobei die Zugfestigkeit eines solchen Bleches > 1000 N/mm² sein sollte und die Dicke etwa 1 mm. Prinzipiell sind aber auch andere Blechdicken einsetzbar.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung bestehen die Zwischenlagen jeweils aus Kreisring-Abschnitten, die in Umfangsrichtung aneinander gereiht anliegen.
Dabei sind Kreisring-Abschnitte von 30°, 60°, 120° oder 180° denkbar. Grundsätzlich kann selbstverständlich die Zwischenlage als einteiliger Blechring ausgebildet sein. Die Befestigung der Kreisring-Abschnitte in radialer Richtung erfolgt form- oder reibschlüssig. Der Formschluss kann entweder am Radsteg oder an der Anlageseite der Radbremsscheibe erfolgen.
Ein Reibschluss hingegen wird durch eine entsprechende Verspannung mittels der Verschraubung erreicht, durch die die Radbremsscheiben am Radsteg bzw. am Radkörper befestigt sind.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 einen Teilausschnitt eines erfindungsgemäßen Schienenrades in einer geschnittenen Seitenansicht
2 und 3 jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem vergrößerten Teilausschnitt, entsprechend der 1
4 einen Teil des Schienenrades in einer Draufsicht
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem vergrößerten Teilausschnitt in einer geschnittenen Seitenansicht.
In der 1 ist ein Teilbereich eines Schienenrades dargestellt und zwar einer der Bereiche, in denen beidseitig an einen Radkörper 1 Radbremsscheiben 2 angeschlossen sind.
Dabei weist ein Radsteg 3 des Radkörpers 1, der zwei umfängliche, radial sich erstreckende Anlageflächen bildet, eine Bohrung 14 auf, durch die eine Schraube 6 geführt ist, mit der die Radbremsscheiben 2 fest mit dem Radkörper 1 verbunden sind.
Jede Schraube 6, von denen im Übrigen mehrere, in gleichem Winkelabstand auf einem Umfangskreis verteilt sind, ist durch ein Befestigungs-Auge 5 der jeweiligen Radbremsscheibe 2 geführt, das stirnseitig ebenso einen Anlagebereich gegenüber dem Radsteg 3 bildet, wie Kühlrippen 4 der Radbremsscheibe.
Zwischen den Anlagebereichen des Befestigungs-Auges 5 und den Kühlrippen 4 und dem Radsteg 3 ist jeder Radbremsscheibe 2 zugeordnet eine Zwischenlage 7 angeordnet, an der somit einerseits der Radsteg 3 und andererseits die Anlagebereiche der Radbremsscheibe 2 anliegen.
Diese Zwischenlagen 7 bestehen aus einem mechanisch und thermisch hochbelastbaren Material, bevorzugt aus einem hartgewalzten Blech, dessen Härte bzw. Festigkeit größer ist als die des Radsteges 3.
Wie besonders deutlich in der 4 zu erkennen ist, bestehen die Zwischenlagen 7 aus Kreisring-Abschnitten, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind, wobei die Anzahl der Kreisring-Abschnitte variieren kann. Beispielsweise sind bei einer Anzahl von zwölf Schrauben 6 gleichviele Kreisring-Abschnitte vorgesehen, die demnach jeweils einen Winkel von 30° einschließen.
Zur radialen Sicherung sind die Zwischenlagen 7 vorzugsweise formschlüssig gehalten, wozu bei dem in der 1 gezeigten Beispiel der Radsteg 3 Abstufungen 8 aufweist, in denen die Zwischenlagen 7 in radialer Richtung weitgehend verschiebegesichert einliegen.
Zur Durchführung der Schrauben 6 weisen die Zwischenlagen 7 entsprechende Öffnungen auf.
Bei dem in der 2 gezeigten Beispiel, in der ebenso wie in den 3 und 5 eine vergrößerte Darstellung im Anlagebereich der Zwischenlagen 7 wiedergegeben ist, erfolgt die radiale Sicherung in beide Richtungen, also nach außen und nach innen durch eine Hülse 9, die in die Bohrung 14 eingesteckt und dort axial gesichert gehalten ist, wobei die Hülse 9 den Radsteg 3 beidseitig zumindest um die Dicke der Zwischenlagen 7 überragt.
Der Außendurchmesser der Hülse 9 entspricht etwa dem lichten Durchmesser einer mittigen Ausnehmung der Zwischenlage 7, so dass diese einerseits problemlos aufgesteckt und andererseits gegen ein seitliches Verschieben gesichert gehalten ist.
Bei den Ausführungsvarianten nach den 1 und 2 sind somit die Zwischenlagen 7 am Radsteg 3 arretiert. Durch die erkennbare großflächige Anlage der Zwischenlagen 7 am Radsteg 3, deren Außenradius bestimmt wird von der radialen Breite der Kühlrippen 4, die praktisch äußere Anlagebereiche bilden, wird die Entstehung nennenswerter Temperaturunterschiede und damit thermisch bedingter Verspannungen verhindert.
Die an der jeweiligen Zwischenlage sich abstützende Radbremsscheibe 2 hingegen gleitet bei einer thermisch bedingten Formänderung in radialer Richtung auf der Zwischenlage 7, so dass ein Einfressen bzw. eine Beschädigung des Radsteges ausgeschlossen ist.
Im vorgenannten Sinn sind die Zwischenlagen 7 auch bei dem in der 5 gezeigten Beispiel am Radsteg 3 arretiert.
Hierzu weisen die Zwischenlagen 7 im Bereich der Bohrungen 14 des Radsteges 3 Bördelungen 13 auf, die sich als Kragen darstellen und in die Bohrung 14 hineinragen, wobei sie in ihrem Außendurchmesser etwa dem lichten Durchmesser der Bohrung 14 entsprechen, so dass eine radiale Sicherung in beiden Richtungen gewährleistet ist.
In der 3 ist ein weiteres Beispiel einer Fixierung der Zwischenlagen 7 dargestellt.
Hier weist die Radbremsscheibe 2 in ihren dem Radsteg 3 zugewandten Anlagebereichen Abstufungen 10 auf, in denen jeweils eine der Zwischenlagen 7 einliegen und radial gesichert sind.
Bei einem temperaturbedingten Ausdehnen und Zusammenziehen der Radbremsscheiben 2 in radialer Richtung bewegt sich die jeweilige Zwischenlage 7 in gleichem Maße mit, so dass die Zwischenlagen 7 praktisch auf dem Radsteg 3 gleiten.
Wie in der 4 zu erkennen ist, besteht eine weitere Art der radialen Fixierung der Zwischenlagen 7 darin, dass in diese im Überdeckungsbereich mit Gleitsteinen 11, die zwischen dem Radsteg 3 und den Radbremsscheiben 2 angeordnet sind, Ausstanzungen eingebracht sind, die in ihren Grundrissabmaßen den Gleitsteinen 11 entsprechen, wobei die Gleitsteine 11 die zugeordneten Ausstanzungen durchtreten, so dass eine formschlüssige Lagefixierung am Radsteg 3 erreicht ist.
Da zwischen der Radbremsscheibe 2 und der Zwischenlage 7 Temperaturunterschiede bei jedem Bremsvorgang auftreten, ist die Zwischenlage 7 so gestaltet, dass Krümmungsunterschiede zu keinen Verspannungen führen.
Diese Ausgestaltung der Zwischenlage 7 erfolgt in der Form, dass die Zwischenlage 7 am Außen- und Innenrand mit Anlageabschnitten 12 versehen ist, die an den zugeordneten Stufenkanten der Abstufungen 8, 10 anliegen (4).
Grundsätzlich ist eine einteilige Zwischenlage in Form eines Ringes funktionsfähig. Aufgrund der großen Durchmesser der Radbremsscheiben 2 für Schienenräder ist es jedoch wesentlich kostengünstiger, Kreisring-Abschnitte einzusetzen, wobei diese gestanzt, laser- oder wasserstrahlgeschnitten werden.
Bei dem in der 4 gezeigten Beispiel sind 60°-Kreisring-Abschnitte gewählt und jede Zwischenlage 7 am Außenrand mit zwei Anlageabschnitten 12 und am Innenrand mit einem Anlageabschnitt 12 versehen, der mittig liegt, während die beiden äußeren Anlageabschnitte, bezogen auf die Länge, in den äußeren Randbereichen angeordnet sind, so dass sich eine Drei-Punkt-Anlage ergibt, durch die, wie erwähnt, eine Verspannung bei Krümmungsunterschieden verhindert wird.

1: Radkörper
2: Radbremsscheibe
3: Radsteg
4: Kühlrippe
5: Befestigungs-Auge
6: Schraube
7: Zwischenlage
8: Abstufung
9: Hülse
10: Abstufung
11: Gleitstein
12: Anlageabschnitt
13: Bördelung
14: Bohrung

Claims

Schienenrad mit einen Radkörper (1) und beidseitig daran mit Befestigungselementen angeschlossenen Radbremsscheiben (2), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in den jeweiligen Anlagebereichen der Radbremsscheiben (2) am Radkörper (1) eine mechanisch und thermisch hoch belastbare Zwischenlage (7) angeordnet ist.
Schienenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen (7) jeweils aus einem Blech bestehen, die eine höhere Festigkeit aufweisen als der Radkörper (1) bzw. ein Radsteg (3).
Schienenrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen (7) aus einem Blech aus rostfreiem Stahl gebildet sind, und eine polierte Oberfläche aufweisen.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech eine Zugfestigkeit von ≥ 1000 N/mm² aufweist.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zwischenlage (7) als Kreisring ausgebildet ist.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen (7) aus Kreisring-Abschnitten gebildet sind.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisring-Abschnitte gleich groß sind.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisring-Abschnitte gleiche Winkel einschließen.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisbogen-Abschnitte jeweils einen Winkel von 30°, 60°, 120° oder 180° einschließen.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Breite der Zwischenlagen (7) zumindest der maximalen radialen Breite der Anlagebereiche der Radbremsscheiben entsprechen.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen (7) in radialer Richtung am Radkörper (1) gesichert gehalten sind.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen (7) radial gesichert an der jeweiligen Radbremsscheibe (2) gehalten sind.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen (7) in Abstufungen (8) des Radbremskörpers (1) bzw. des Radsteges (3) einliegen.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Radsteg (3) in Bohrungen (14) zur Durchführung von Schrauben (6) zur Befestigung der Radbremsscheiben (2) Hülsen (9) gehalten sind, die beidseitig über den Radsteg (3) vorstehen und Öffnungen der Zwischenlagen (7) durchtreten, wobei der Außendurchmesser der Hülsen (9) etwa dem lichten Durchmesser der Öffnungen der Zwischenlagen (7) entsprechen.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen (7) im Überdeckungsbereich mit den Bohrungen (14) kragenförmige Bördelungen (13) aufweisen, die in die Bohrungen (14) hineinragen, wobei der Außendurchmesser der Bördelungen (13) etwa dem lichten Durchmesser der Bohrungen (14) entspricht.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen (7) zur radialen Sicherung in Abstufungen (10) der Anlagebereiche der Radbremsscheiben (2) einliegen.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung der Zwischenlagen (7) als Kreisring-Abschnitte jeder Kreisring-Abschnitt am Außenumfang, den jeweiligen Endbereich bildend, einen Anlageabschnitt (12) und am Innenumfang einen mittig angeordneten Anlageabschnitt (12) aufweist, wobei die Anlageabschnitte (12) an den Begrenzungen der Abstufungen (8, 10) anliegen.
Schienenrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen den Radbremsscheiben (2) und dem Radsteg (3) Gleitsteine (11) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlagen (7) im Überdeckungsbereich mit den Gleitsteinen (11) Ausstanzungen aufweisen, in die die Gleitsteine (11) eingreifen, wobei die Grundrissabmaße der Gleitsteine (11) etwa den Grundrissabmaßen der zugeordneten Ausstanzungen entsprechen.