DE102018101918A1

DE102018101918A1 - Bremsscheibe für ein Schienenfahrzeug und Bremsscheiben/Nabenverbindung

Info

Publication number: DE102018101918A1
Application number: DE102018101918.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Schmid
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2019-08-01
Also published as: WO2019145251A1

Abstract

Eine Bremsscheibe (1) für ein Schienenfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug, weist wenigstens einen Reibring (2, 4) und einen mit dem Reibring (2, 4) verbundenen Kühlkörper (3) mit einer Vielzahl von Kühlkanälen (10) auf, wobei der Reibring (2, 4) und der Kühlkörper (3) als separate Bauteile ausgebildet und form-, kraft- oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Desweiteren wird eine Bremsscheiben/Nabenverbindung für ein Schienenfahrzeug beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für ein Schienenfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Bremsscheiben/Nabenverbindung.
Gattungsgemäße Bremsscheiben, beispielsweise Wellenbremsscheiben und auch Radbremsscheiben für Schienenfahrzeuge bestehen üblicherweise aus einem gegossenen Rohteil mit einem oder zwei Reibringen und zwischen den Reibringen vorgesehenen Kühlstegen zur Ausbildung von Kühlkanälen sowie Anbindungslaschen zur Anbindung der Bremsscheibe an eine Nabe oder ein Rad des Schienenfahrzeugs.
Durch diese Gussfertigung muss aufgrund der Geometrie dieser Bremsscheiben insbesondere mit verlorenen Kernen und aufwendigen Gussformen gearbeitet werden. Darüber hinaus schränkt diese Bauweise die Designfreiheit bei der Geometriegestaltung der Bremsscheibe sowie der Werkstoffauswahl für die Bremsscheibe stark ein.
Die Kühlkanäle dienen der Verhinderung einer Überhitzung der Bremsscheibe. Dabei ist es wichtig, zur kurzfristigen Wärmeaufnahmefähigkeit der Bremsscheibe bei einer Bremsung ein ausreichendes Volumen der Reibringe zur Verfügung zu stellen, während die durch die Kühlstege gebildeten Kühlkanäle eine Kühlung der Bremsscheibe während der gesamten Fahrt des Zuges bewirken.
Neben den positiven Effekten der Kühlkanäle haben diese Kühlkanäle den Nachteil, dass durch das Vorhandensein der Kühlkanäle die Antriebsleistung des Zuges erhöht wird, da die Durchlüftung der Bremsscheiben analog eines Fahrwiderstands wirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bremsscheibe für ein Schienenfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug sowie eine Bremsscheiben/Nabenverbindung dahingehend zu verbessern, dass der Aufbau der Bremsscheibe variablere Ausführungen ermöglicht sowie eine verbesserte Kühlleistung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Bremsscheibe für ein Schienenfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Bremsscheibe weist wenigstens einen Reibring und einen mit dem Reibring verbundenen Kühlkörper mit einer Vielzahl von Kühlkanälen auf.
Der Reibring und der Kühlkörper sind dabei als separate Bauteile aus voneinander verschiedenen Materialien ausgebildet und form-, kraft- oder stoffschlüssig miteinander verbunden.
Die Gestaltung einer solchen Bremsscheibe mit separat voneinander gefertigtem wenigstens einem Reibring und Kühlkörper weist gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten einstückig ausgebildeten Bremsscheiben eine Vielzahl von Vorteilen auf.
So ist durch diese Bauweise ermöglicht, für die unterschiedlichen Bauteile besonders geeignete Materialien einzusetzen. Des Weiteren ist in dieser Weise eine äußerst variable Gestaltung der Bremsscheibe ermöglicht.
Die Aufgabe wird darüber hinaus durch eine Bremsscheiben/Nabenverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Die erfindungsgemäße Bremsscheiben/Nabenverbindung weist dabei eine Bremsscheibe mit wenigstens einen Reibring mit sich von einer radial inneren Mantelfläche radial nach innen erstrecken Reibringlaschen und einen mit dem Reibring verbundenen Kühlkörper mit einer Vielzahl von Kühlkanälen auf.
Die Nabe weist mehrere Laschen an ihrer Außenmantelfläche auf. Die Bremsscheiben/Nabenverbindung ist dabei erfindungsgemäß wie oben beschrieben ausgebildet.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Bremsscheibe ist der wenigstens eine Reibring als Guss- oder Stanz- oder Schmiedeteil ausgebildet und der Kühlkörper als 3D-Druck-, Blech-, Sinter-, oder Gussteil ausgebildet oder besteht aus einem Vollmaterial, aus dem die Kühlkanäle herausgearbeitet sind.
Die Ausbildung des Reibrings als Guss-, Stanz- oder Schmiedeteil gewährleistet die für die kurzfristige Wärmeaufnahme notwendige Wärmekapazität.
Die Ausbildung des Kühlkörpers als 3D-Druck-, Blech-, Sinter-, oder auch Gussteil hat den Vorteil einer einfachen Fertigung. Darüber hinaus kann die Formgestaltung des Kühlkörpers als separat ausgebildetes Bauteil sowohl hinsichtlich der Materialauswahl als auch der Formgestaltung äußerst variabel gewählt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist der Kühlkörper als parallel zu einer Reibfläche des Reibrings angeordnete alternierende Schichtung von ebenen Blechen und wellen- oder trapezförmig gebogenen oder gefalteten Zwischenelementen zur Ausbildung der Kühlkanäle ausgebildet.
Dies ermöglicht die Schaffung einer großen Oberfläche bei maximalem Kühlluftvolumenstrom, so dass mit einem derart ausgebildeten Kühlkörper eine besonders hohe Kühlwirkung erreicht werden kann.
Ein einfaches Zusammensetzen des Kühlkörpers wird bevorzugt dadurch ermöglicht, dass die Bleche und/oder die Zwischenelemente parallel zu einer Reibfläche des Reibrings betrachtet kreisringförmig ausgebildet sind.
Um die Verbindung der Reibringe im Bereich der Kühlkanäle nicht zu steif zu gestalten, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante zumindest ein Federelement, insbesondere eine Tellerfeder, zwischen zwei Blechen des Kühlkörpers angeordnet.
Die funktionale Trennung von Reibring und Kühlkörper ermöglicht darüber hinaus, für die einzelnen Bauteile ein jeweils optimales Material bei deutlich flexiblerer konstruktiver Ausführung einzusetzen.
Darüber hinaus lässt sich bei minimaler Anzahl an Herstellungswerkzeugen, beispielsweise bei als Stanzteile ausgebildeten Reibringen dazu vorgesehener Stanzwerkzeuge eine große Variantenvielfalt für die Reibringe bzw. den Kühlkörper erzielen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante weist der Kühlkörper mehrere senkrecht zur Reibfläche des wenigstens einen Reibrings ausgerichtete, an einer der Reibfläche abgewandten Rückseite des wenigstens einen Reibrings anliegende Abstandshülsen auf.
Die Abstandshülsen dienen dem Abfangen von Anpresskräften der Bremsbeläge bzw. von Kräften bedingt durch die thermische Ausdehnung bei einem Bremsvorgang.
Zur Fixierung der Bremsscheibe an einer Nabe oder einem Schienenrad erstrecken sich gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante von einer radial inneren Mantelfläche des wenigstens einen Reibrings mehrere Reibringlaschen radial nach innen.
Die Laschen der Nabe einer jeweiligen Anbindungsstelle zwischen Bremsscheibe und Nabe sind dabei bevorzugt zwischen den Reibringlaschen eines ersten Reibrings und eines zu diesem parallel angeordneten zweiten Reibrings aufgenom m en.
Dadurch ergeben sich zweischnittige Verbindungen anstatt der aus dem Stand der Technik bekannten einschnittigen Verbindungen, was die Übertragung eines deutlich höheren Drehmoments an die Räder- oder Nabenanbindungsstellen erhöht.
Darüber hinaus ermöglicht diese Bauweise eine Reduzierung der Anzahl der Verbindungsstellen zwischen Bremsscheibe und Nabe.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben.
Es zeigen:

1 eine schematische perspektivische Teilansicht einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe und
2 eine schematische perspektivische teilgeschnittene Ansicht einer alternativen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe, angebunden an eine Nabe.

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position der Bremsscheibe, des Reibrings, der Kühlkörper, der Nabe, der Kühlkanäle und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
In den 1 und 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt jeweils eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Bremsscheibe bezeichnet. Bei der in der 1 gezeigten Variante weist die Bremsscheibe einen Reibring 2 auf sowie einen mit dem Reibring 2 verbundenen Kühlkörper 3.
Der Kühlkörper 3 und der Reibring 2 sind dabei als separate Bauteile ausgebildet. Der Reibring 2 und der Kühlkörper 3 sind dabei form-, kraft- oder stoffschlüssig miteinander verbunden.
Der Reibring 2 ist in der hier gezeigten Ausführungsvariante als massives Gussteil ausgebildet. Denkbar ist auch die Ausbildung des Reibrings 2 als Stanz- oder Fräß- oder Schmiedeteil.
Der Kühlkörper 3 ist in der in 1 und auch in 2 gezeigten Ausführungsvariante als parallel zu einer Reibfläche des Reibrings 2 bzw. der Reibringe 2, 4 angeordnete alternierende Schichtung von ebenen Blechen 11 sowie wellen- oder trapezförmig gebogenen oder gefalteten Zwischenelementen 12 ausgebildet.
Die durch die wellen- oder trapezförmig gebogenen oder gefalteten Zwischenelemente 12 bilden dabei mit dem diese einschließenden Blechen 11 Kühlkanäle 10.
Die Ausrichtung der Wellen der Zwischenelemente 12 ist bevorzugt dergestalt, dass sich die Kühlkanäle 10 radial zur Drehachse des Reibrings 2 erstrecken. Denkbar ist auch eine schrägwinklige Ausrichtung der Kühlkanäle 10 zur Drehachse des Reibrings 2.
Wie in 2 gezeigt, ist der Kühlkörper 3 zwischen den beiden Reibringen 2, 4 der Bremsscheibe 1 aufgenommen.
Der Kühlkörper 3 kann alternativ auch als mit einem 3D-Druckverfahren hergestelltes Bauteil oder auch als Blech- oder Sinterteil ausgebildet sein.
Denkbar ist es auch, den Kühlkörper 3 als Gussteil auszubilden. Denkbar ist auch, den Kühlkörper 3 aus einem Vollmaterial zu fertigen, aus dem die Kühlkanäle 10 herausgearbeitet sind.
Bei der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsvariante des Kühlkörpers 3 sind die ebenen Bleche 11 sowie die wellen- oder trapezförmig gebogenen oder gefalteten Zwischenelemente 12, parallel zu einer Reibfläche des Reibrings 2 betrachtet, kreisringförmig ausgebildet.
Denkbar ist es auch, die Bleche 11 und/oder Zwischenelemente 12 beispielsweise nur teilkreisringförmig auszubilden und dementsprechend mehrere solcher Bleche 11 und/oder Zwischenelemente 12 nebeneinander anzuordnen.
Zur Verringerung der Luftförderleistung durch den Kühlkörper ist es außerdem denkbar, Löcher oder Schlitze in den Blechen 11 und/oder den Zwischenelemente 12 vorzusehen.
Die Verbindung der Bleche 11 und Zwischenelemente 12 miteinander erfolgt dabei vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten oder Schweißen.
Denkbar ist auch, die ebenen Bleche 11 und die Zwischenelemente 12 miteinander zu verschrauben.
Wie in 1 des Weiteren gezeigt ist, weist der Kühlkörper 3 mehrere senkrecht zur Reibfläche des wenigstens einen Reibrings 2 ausgerichtete, an einer der Reibfläche 13 abgewandten Rückseite 15 des wenigstens einen Reibrings 2 anliegende Abstandshülsen 9 auf.
In diese Abstandshülsen 9 können vorzugsweise Schrauben oder Bolzen von der Reibfläche 13 des Reibrings 2 her eingesetzt werden.
Dazu sind Bohrungen 8 im Reibring 2 vorgesehen, in die entsprechende Schrauben oder Bolzen zur Befestigung des Reibrings 2 an einer Nabe oder einem Rad eingesetzt werden können und mit denen der Kühlkörper 3 am Reibring 2 festlegbar ist.
Um Ausgleichsbewegungen infolge einer wärmebedingten Ausdehnung der Bauteile des Kühlkörpers 3 zu ermöglichen, sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante zwischen zwei oder mehreren der Bleche 11 Federelemente angeordnet.
Die Federelemente sind dabei beispielsweise als Tellerfedern ausgebildet.
Besteht die Bremsscheibe 1 aus zwei parallel zueinander angeordneten Reibringen 2, 4, wie es in 2 gezeigt ist, so sind die beiden Reibringe 2, 4 bevorzugt spiegelsymmetrisch zu einer Fläche mittig zwischen den Reibringen 2, 4 und senkrecht zur Drehachse D der Bremsscheibe 1 ausgebildet.
Zur Befestigung der Bremsscheibe 1 an einer auf eine Achse 5 aufgesetzten Nabe 6 erstrecken sich, wie in der Ausführungsvariante in 2 gezeigt ist, von einer radial inneren Mantelfläche 16 der Reibringe 2, 4 mehrere als Reibringlaschen ausgebildete Befestigungselemente 14 radial nach innen.
Entsprechend erstrecken sich von der Nabe 6 Laschen 7 radial nach außen.
Wie in 2 weiter zu erkennen ist, werden die jeweiligen Laschen 7 der Nabe 6 zwischen einander gegenüberliegenden Reibringlaschen 14 des ersten Reibrings 2 und des zweiten Reibrings 4 eingeklemmt.
Zur Festlegung der Bremsscheibe 1 an der Nabe 6 werden durch die Öffnungen der Reibringlaschen 14 und der Laschen 7 Schrauben durchgeführt, die der Fixierung der Reibringlaschen 14 mit der jeweiligen Lasche 7 der Nabe 6 dienen.
Dadurch ergibt sich eine zweischnittige Verbindung zwischen den Reibringlaschen 14 und den Laschen 7 der Nabe 6, wodurch eine Erhöhung des übertragbaren Drehmoments bei einem Bremsvorgang ermöglicht ist.
Durch das größere übertragbare Drehmoment ist darüber hinaus ermöglicht, die Anzahl der aus den Laschen 7 und den Reibringlaschen 14 bestehenden Verbindungsstellen zwischen Bremsscheibe 1 und Nabe 6 zu verringern.
Bezugszeichenliste

1: Bremsscheibe
2: Reibring
3: Kühlkörper
4: Reibring
5: Achse
6: Nabe
7: Befestigungselement
8: Bohrung
9: Abstandshülse
10: Kühlkanal
11: Blech
12: Zwischenelement
13: Reibfläche
14: Befestigungselement
15: Rückseite
16: Mantelfläche
D: Drehachse

Claims

Bremsscheibe (1) für ein Schienenfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug, aufweisend wenigstens einen Reibring (2, 4) und einen mit dem Reibring (2, 4) verbundenen Kühlkörper (3) mit einer Vielzahl von Kühlkanälen (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (2, 4) und der Kühlkörper (3) als separate Bauteile ausgebildet und form-, kraft- oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Bremsscheibe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Reibring (2, 4) als Guss- oder Stanz- oder Schmiede- oder Fräßteil und der Kühlkörper (3) als 3D-Druck-, Blech-, Sinter-, oder Gussteil ausgebildet ist oder aus einem Vollmaterial besteht, aus dem die Kühlkanäle (10) herausgearbeitet sind.
Bremsscheibe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlkanäle (10) radial oder schrägwinklig zur Drehachse des Reibrings (2) erstrecken.
Bremsscheibe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (3) zwischen zwei Reibringen (2, 4) der Bremsscheibe (1) aufgenommen ist.
Bremsscheibe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (3) als parallel zu einer Reibfläche des Reibrings (2, 4) angeordnete alternierende Schichtung von ebenen Blechen (11) und wellen- oder trapezförmig gebogenen oder gefalteten Zwischenelementen (12) zur Ausbildung der Kühlkanäle (10) ausgebildet ist.
Bremsscheibe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (11) und/oder die Zwischenelemente (12) parallel zu einer Reibfläche des Reibrings (2, 4) betrachtet kreisringförmig ausgebildet sind.
Bremsscheibe (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Federelement, insbesondere eine Tellerfeder, zwischen zwei Blechen (11) des Kühlkörpers (3) angeordnet ist.
Bremsscheibe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (3) mehrere senkrecht zur Reibfläche des wenigstens einen Reibrings (2, 4) ausgerichtete, an einer der Reibfläche (13) abgewandten Rückseite (15) des wenigstens einen Reibrings (2, 4) anliegende Abstandshülsen (9) aufweist.
Bremsscheibe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zwei Reibringen (2, 4), dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Reibring (2) der Bremsscheibe und ein zweiter Reibring (4) spiegelsymmetrisch zu einer Fläche mittig zwischen den Reibringen (2, 4) und senkrecht zur Drehachse (D) der Bremsscheibe (1) ausgebildet sind.
Bremsscheibe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich von einer radial inneren Mantelfläche (16) des wenigstens einen Reibrings (2, 4) mehrere Reibringlaschen (14) radial nach innen erstrecken, zur Fixierung der Bremsscheibe (1) an sich von einer Nabe (6) oder einem Schienenrad radial nach außen erstreckenden Laschen (7).
Bremsscheiben/Nabenverbindung für ein Schienenfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug, wobei eine Bremsscheibe (1) wenigstens einen Reibring (2, 4) mit sich von einer radial inneren Mantelfläche (16) radial nach innen erstrecken Reibringlaschen (14) und einen mit dem Reibring (2, 4) verbundenen Kühlkörper (3) mit einer Vielzahl von Kühlkanälen (10) und die Nabe (6) mehrere Laschen (7) auf ihrer Außenmantelfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
Bremsscheiben/Nabenverbindung nach Anspruch 11, wobei die Bremsscheibe (1) zwei Reibringe (2, 4) und einen zwischen den Reibringen (2, 4) mit diesen verbundenen Kühlkörper (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Lasche (7) der Nabe (6) einer Anbindungsstelle zwischen den Reibringlaschen (14) eines ersten Reibrings (2) und eines zu diesem parallel angeordneten zweiten Reibrings (4) aufgenommen sind.