DE10336729A1

DE10336729A1 - Radbremsscheibe als Schwingungstilger

Info

Publication number: DE10336729A1
Application number: DE2003136729
Authority: DE
Inventors: Gerhard Haban
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: DE10336729B4

Abstract

Um eine Radanordnung (1) mit einer Radscheibe (2) zum Aufstecken auf eine Welle oder eine Achse eines Fahrzeugs und mit beidseitig der Radscheibe (2) angeordneten Bremsscheiben (3) zum Abbremsen des Fahrzeugs bereitzustellen, mit der auch bei geringen vorgegebenen Bauräumen Drehmomentschwankungen ausgeglichen werden können, wird vorgeschlagen, dass Federmittel (10, 18) zm torsionselastischen Lagern der Bremsscheiben (3) an der Radscheibe (2) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radanordnung mit einer Radscheibe zum Aufstecken auf eine Welle oder eine Achse eines Fahrzeugs, und mit beidseitig der Radscheibe angeordneten Bremsscheiben zum Abbremsen des Fahrzeugs.

Eine solche Radanordnung ist beispielsweise aus der DE 31 14 995 A1 bereits bekannt. Die dort gezeigte Radanordnung weist eine Radscheibe sowie zwei beidseitig der Radscheibe angeordnete Bremsscheiben auf. Die Bremsscheiben sind durch Schrauben miteinander verbunden, die mit relativ weitem Spiel Buchsen durchgreifen, die in Durchgangsbohrungen der Radscheibe eingesetzt sind. Durch zusätzliche konstruktive Maßnahmen ist eine radiale Ausdehnung der Bremsscheiben der Radscheibe ermöglicht. Dies ist insbesondere bei hohen Bremsleistungen mit einer hohen Reibwärme im Gefolge erforderlich.

Aus der DE 44 12 999 A1 ist eine Torsionsdämpfungseinrichtung in einer Kupplungsscheibe bekannt, die zum Ausgleich periodischer Drehmomentschwankungen vorgesehen ist.

Periodische Drehmomentschwankungen können auch an Antriebswellen schienengebundener Fahrzeuge beobachtet werden. Solche Drehmomentschwankungen sind unerwünscht und können zu Beschädigungen der Antriebswelle führen. Zum Ausgleich der Drehmomentschwankungen bieten sich marktübliche Torsionsdämpfer an. Der Einbau eines solchen Torsionsdämpfers ist jedoch aufgrund des insbesondere durch raumgreifende Bremsmittel verursachten begrenzten Bauraums erschwert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Radanordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der auch bei geringen vorgegebenen Bauräumen Drehmomentschwankungen ausgeglichen werden können.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass Federmittel zum torsionselastischen Lagern der Bremsscheiben an der Radscheibe vorgesehen sind.

Erfindungsgemäß ist die Bremsscheibe nicht drehfest, sondern drehelastisch oder mit anderen Worten torsionselastisch mit der Radscheibe verbunden. Durch diese drehelastische Lagerung wirkt die Bremsscheibe selbst als Tilgermasse, so dass periodische Drehmomentschwankungen ohne einen zusätzlichen Schwingungstilger kompensierbar sind. Dabei ist die erfindungsgemäße Radanordnung auf übliche Weise mit der Antriebswelle eines schienengebundenen Fahrzeugs verbindbar. Die Kennlinie der Federmittel ist zweckmäßigerweise auf die Eigenfrequenzen eines Radsatzes ausgelegt, an dem die Radanordnung befestigt ist. Dabei besteht der Radsatz beispielsweise aus zwei schienengeführten Radscheiben, die mittels einer Antriebswelle und/oder Achse miteinander verbunden sind. Die Bremsscheibe kann an unterschiedlichen Stellen mit der Radscheibe verbunden sein.

Vorteilhafterweise weisen die Federmittel eine Elastomerfeder auf, mittels der die Bremsscheibe an der Radscheibe abgestützt ist. Dabei ist die Elastomerfeder beispielsweise stoffflüssig und flächig sowohl mit der Bremsscheibe als auch mit der Radscheibe verbunden, so dass eine feste und gleichzeitig torsionselastische Verbindung bereitgestellt ist. Vorteilhafterweise ist die Elastomerfeder ringförmig ausgebildet und um die kreisförmige Außenkontur eines Nebenabschnittes herum angeordnet. Die Federmittel umfassen bei einer davon abweichenden Weiterentwicklung neben einer Elastomerfeder eine metallische Außen- und Innenbuchse, wobei die Elastomerfeder fest mit der Außen- und Innenbuchse verbunden ist. Dabei sind die Federmittel beispielsweise im Presssitz zwischen der Bremsscheibe und der Radscheibe angeordnet. Die Außen- und Innenbuchse kann jedoch auch anderweitig befestigt sein. Zur Herstellung solcher Federmittel wird die Elastomerfeder bei erhöhten Temperaturen an die Metallteile, nämlich an die Innen- und Außenbuchse, anvulkanisiert. Selbstverständlich sind auch Klebverbindungen zwischen der Innen- und Außenbuchse und der Elastomerfeder im Rahmen der Erfindung möglich. Die Elastomerfeder kann lediglich eine Elastomerschicht aufweisen. Abweichend hiervon kann die Elastomerfeder jedoch auch über mehrere verschiedene Elastomerschichten verfügen oder aber als Verbundwerkstoff realisiert sein, der beispielsweise aus sich abwechselnden Elastomerschichten und Metallschichten besteht.

Zur Fertigung einer Elastomerschicht eignet sich beispielsweise handelsüblicher, natürlicher oder künstlich hergestellter Kautschuk, Silikonkautschuk oder dergleichen.

Vorteilhafterweise ist die Elastomerfeder als Schubfeder ausgebildet. Eine beispielsweise ringförmig ausgebildete Schubfeder ist in einer radialen Richtung weitestgehend imkompressibel, weist also bezüglich strahlenförmig zum Ringmittelpunkt gerichteter Kräfte eine hohe Steifigkeit auf. Beim Auftreten von Scherkräften, die im Wesentlichen rechtwinklig dazu ausgerichtet sind, ist die ringförmige Schubfeder hingegen weichelastisch, so dass bei einer konzentrischen Anordnung der Bremsscheibe und der Radscheibe für eine in radialer Richtung feste Anbindung der Bremsscheibe an die Radscheibe gesorgt ist. Im Hinblick auf Torsionsschwingungen ist jedoch eine zur Dämpfung ausreichend hohe Elastizität und zweckmäßige Dämpfungscharakteristik bereitgestellt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Bremsscheiben durch Verbindungsmittel starr miteinander verbunden, wobei sich die Verbindungsmittel durch eine in der Radscheibe vorgesehene Durchgangsöffnungen mit Spiel erstrecken. Mit anderen Worten ist der Innendurchmesser einer Durchgangsöffnung größer als der Außendurchmesser der ihr zugeordneten Außenkontur der Verbindungsmittel, so dass für einen ausreichend großen Freiraum für eine Bewegung der Verbindungsmittel in den Durchgangsöffnungen gesorgt und eine Relativbewegung der Bremsscheiben bezüglich der Radscheibe ermöglicht ist. Die Anzahl der umfänglich über die Scheibe verteilten Durchgangsöffnungen wird im Hinblick auf die erforderliche Festigkeit der Bremsscheiben sowie unter Berücksichtigung zusätzlicher konstruktiver Erfordernisse festgelegt.

Zweckmäßigerweise sind in der Durchgangsöffnung einander zugewandte Anschläge ausgebildet, die zum Mittelpunkt der scheibenförmigen Radscheibe den gleichen Abstand aufweisen. Mit anderen Worten liegen die Anschläge bezüglich des Mittelpunktes der Radscheibe auf einem gleichen Umfangsradius. Die einander zugewandten Anschläge, zwischen denen die Verbindungsmittel der Bremsscheiben angeordnet sind, dienen zur Verringerung des Spiels der Bremsscheiben bezüglich der Radscheibe, so dass eine in die Bremsscheibe eingeleitete Bremswirkung bereits nach kurzer Zeit in die Radscheibe und somit in die Antriebswelle oder Achse eines beispielsweise schienengebundenen Fahrzeugs eingeleitet wird.

Vorteilhafterweise umfassen die Verbindungsmittel eine Distanzhülse sowie eine sich durch die Distanzhülse hindurch erstreckende Schraubverbindung.

Die Torsionssteifigkeit der Bremsscheibe kann erhöht werden, wenn die Federmittel wenigstens ein in der Durchgangsöffnung angeordnetes Federkissen aufweisen. Dabei ist das Federkissen mit einem Elastizitätsmodul behaftet, das im Hinblick auf die geforderte Gesamtcharakteristik der Federmittel zweckmäßig ist.

Vorteilhafterweise ist jedes Federkissen ein Ganzmetallkissen. Ganzmetallkissen bestehen ausschließlich aus metallischen Materialien und weisen eine im Vergleich zu Elastomerfedern erhöhte Temperatur und Wärmefestigkeit auf, so dass eine Beschädigung der Federkissen auch bei höheren Bremsleistungen und dabei entstehenden Bremswärmen vermieden ist. Die Temperaturbeständigkeit solcher Ganzmetallkissen reicht von –90° bis +250 Celsius. In diesem Temperaturbereich ändern sich die physikalischen Eigenschaften und somit die Elastizität der Ganzmetallkissen nur unwesentlich. Gleichzeitig bringen die Ganzmetallkissen einen Dämpfungsbeitrag in das Schwingsystem ein. Ganzmetallkissen sind kommerziell beziehbar.

Zweckmäßigerweise weist die Bremsscheibe einen flächigen Reibabschnitt auf, der über einen gewellten Stegabschnitt an der Radscheibe abgestützt ist. Durch den gewellten Stegabschnitt ist eine wärmebedingte radiale Ausdehnung des flächigen Reibabschnitts bezüglich der Radscheibe ermöglicht.

Zweckmäßigerweise sind die Bremsscheiben im Bereich eines dünnen Steges der Radscheibe angeordnet.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und
1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Radanordnung 1 in einer längsgeschnittenen Ansicht und
2 die Radanordnung gemäß 1 in einer entlang der Linie I-I gemäß 1 geschnittenen Ansicht zeigen.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Radanordnung, die eine Radscheibe 2 sowie zwei beidseitig der Radscheibe 2 angeordnete Bremsscheiben 3 aufweist. Dabei sind die Bremsscheiben 3 im Bereich eines dünnen Steges 4 der Radscheibe 2 angeordnet, so dass Reibflächen 5 der Bremsscheiben 3 in etwa bündig zu Seitenfläche 6 der Radscheibe 2 abschließen.
Die Radscheibe 2 weist einen Nabenabschnitt 7 auf, mit dem die Radscheibe 2 drehfest mit einer figürlich nicht dargestellten Antriebswelle eines Schienenfahrzeugs verbunden werden kann. Im Fahrbetrieb liegt die Radscheibe 2 mit einer Lauffläche 8 auf einer Schiene auf und wird aufgrund eines Spurkranzes 9 der Radscheibe 2 durch die Schiene geführt.
Die Bremsscheiben 3 sind nicht starr, sondern torsionselastisch mit der Radscheibe 2 verbunden und zu diesem Zweck über kreisringförmige Federmittel 10 an dem Nabenabschnitt 7 der Radscheibe 2 abgestützt. Die Federmittel 10 weisen eine metallische Außenhülse, eine metallische Innenhülse sowie eine an die Außen- und Innenhülse anvulkanisierte Elastomerfeder auf. Um in einer radialen Richtung, also in einer Richtung vom Mittelpunkt der Radscheibe 2 zur Lauffläche 8 hin, eine hohe Steifigkeit, in Torsions- oder Drehrichtung der Radscheibe 2 jedoch ein weichelastisches Verhalten bereitzustellen, ist die Elastomerfeder aus zwei Elastomerschichten 11 zusammengesetzt, die durch eine ebenfalls ringförmige Metallschichten 12 voneinander getrennt sind. Mit anderen Worten ist die Elastomerfeder als Verbundwerkstoff realisiert.
Die beidseitig der Radscheibe 2 angeordneten Scheibenbremsen 3 sind über eine Distanzhülse 13 voneinander beabstandet, wobei eine sich durch die Verbindungshülse 13 erstreckende Schraubverbindung 14 die Radscheiben 3 jeweils gegen eine Stirnseite der Distanzhülse 13 presst. Durch die aus der Distanzhülse 13 sowie der Schraubverbindung 14 bestehenden Verbindungsmittel sind die Bremsscheiben 3 fest miteinander verbunden, wodurch ein Verwölben der Bremsscheiben 3 bei Erwärmung der Reibflächen 5 weitgehend vermieden ist. Dabei durchragen die aus Distanzhülse 13 und Schraubverbindung 14 bestehenden Verbindungsmittel eine in der Bremsscheibe 2 vorgesehene Durchgangsöffnung 15. Im Hinblick auf die torsionselastische Anbindung der Bremsscheibe 3 an die Radscheibe 2 wurde auf eine passgenaue Ausfertigung der Durchgangsöffnungen 15 bezüglich der Distanzhülse 13 verzichtet und der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 15 gegenüber dem Außendurchmesser der Distanzhülse 13 hinsichtlich seines Durchmessers vergrößert, so dass die Verbindungsmittel die Durchgangsöffnung 15 mit Spiel durchgreifen. Die Bremsscheiben 3 sind somit schwimmend an der Radscheibe 2 gelagert.
Um eine radiale Ausdehnung der Bremsscheibe 3 zu ermöglichen, ist diese mittels eines gewellten Abschnittes 16 an der Elastomerfeder 10 abgestützt.
2 zeigt das Ausführungsbeispiel der Radanordnung gemäß 1 in einer entlang der Linie I-I geschnittenen Ansicht, in der insbesondere die Anordnung der Verbindungsmittel 13, 14 in der Durchgangsöffnung 15 verdeutlicht ist. Weiterhin ist erkennbar, dass in der Durchgangsöffnung 15 Anschläge 17 vorgesehen sind, die von einer Scheibenmitte der Radscheibe 2 gleich beabstandet sind und mit anderen Worten auf einem gleichen Umfangsradius der scheibenförmigen Bremsscheibe 3 liegen. Dabei sind die Anschläge 17 als aufeinander zuweisende Vorsprünge ausgebildet, so dass bei einer Auslenkung der Scheibenbremsen entgegen einer wie auch immer gerichteten Drehbewegung der Radscheibe 2 das Spiel der Bremsscheiben 3 bezüglich der Radscheibe 2 verringert ist. Auf diese Weise kann eine Bremskraft von der Bremsscheibe 3 sicher in die Radscheibe 2 eingeleitet werden.
In 2 ist weiterhin erkennbar, dass die Federmittel Ganzmetallkissen 18 aufweisen, die um die Distanzhülse 13 herum verteilt angeordnet sind. Durch die stauchfähigen Ganzmetallkissen 18 wird die Torsionssteifigkeit der Federmittel erhöht und ein Dämpfungsbeitrag hinzugefügt. Dabei sind die aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Ganzmetallkissen 18 bis zu Temperaturen von 250°Celsius temperaturbeständig und ändern ihre physikalischen Eigenschaften unterhalb dieser Temperatur im Wesentlichen nicht. Auf diese Weise sind auch über längere Zeiträume hinweg hohen Bremswärmen standhaltende Federmittel bereitgestellt.

Claims

Radanordnung (1) mit einer Radscheibe (2) zum Aufstecken auf eine Welle oder eine Achse eines Fahrzeugs und mit beidseitig der Radscheibe (2) angeordneten Bremsscheiben (3) zum Abbremsen des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass Federmittel (10, 18) zum torsionselastischen Lagern der Bremsscheiben (3) an der Radscheibe (2) vorgesehen sind.
Radanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel eine Elastomerfeder (10) aufweisen, mittels der die Bremsscheibe (3) an der Radscheibe (2) abgestützt ist.
Radanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerfeder eine Schubfeder (10) ist.
Radanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheiben (3) mittels Verbindungsmitteln (13, 14) starr miteinander verbunden sind, wobei sich die Verbindungsmittel (13, 14) durch eine in der Radscheibe (2) vorgesehene Durchgangsöffnung (15) erstrecken, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Verbindungsmittel (13, 14) ist.
Radanordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Durchgangsöffnung (15) einander zugewandte An schläge (17) ausgebildet sind, die bezüglich eines Mittelpunktes der Radscheibe (2) den gleichen Abstand aufweisen.
Radanordnung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel eine Distanzhülse (13) und eine sich durch die Distanzhülse (13) hindurch erstreckende Schraubverbindung (14) umfassen.
Radanordnung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Federmittel (10, 18) wenigstens ein in der Durchgangsöffnung (15) angeordnetes Federkissen (17) aufweisen.
Radanordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass jedes Federkissen ein Ganzmetallkissen (18) ist.
Radanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (3) einen flächigen Reibabschnitt (5) aufweist, der über einen gewellten Stegabschnitt an der Radscheibe (2) abgestützt ist.