DE10336729A1 - Radbremsscheibe als Schwingungstilger - Google Patents
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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 Radanordnung1 in einer längsgeschnittenen Ansicht und -
2 die Radanordnung gemäß1 in einer entlang der Linie I-I gemäß1 geschnittenen Ansicht zeigen. -
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Radanordnung, die eine Radscheibe2 sowie zwei beidseitig der Radscheibe2 angeordnete Bremsscheiben3 aufweist. Dabei sind die Bremsscheiben3 im Bereich eines dünnen Steges4 der Radscheibe2 angeordnet, so dass Reibflächen5 der Bremsscheiben3 in etwa bündig zu Seitenfläche6 der Radscheibe2 abschließen. - Die Radscheibe
2 weist einen Nabenabschnitt7 auf, mit dem die Radscheibe2 drehfest mit einer figürlich nicht dargestellten Antriebswelle eines Schienenfahrzeugs verbunden werden kann. Im Fahrbetrieb liegt die Radscheibe2 mit einer Lauffläche8 auf einer Schiene auf und wird aufgrund eines Spurkranzes9 der Radscheibe2 durch die Schiene geführt. - Die Bremsscheiben
3 sind nicht starr, sondern torsionselastisch mit der Radscheibe2 verbunden und zu diesem Zweck über kreisringförmige Federmittel10 an dem Nabenabschnitt7 der Radscheibe2 abgestützt. Die Federmittel10 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 Radscheibe2 zur Lauffläche8 hin, eine hohe Steifigkeit, in Torsions- oder Drehrichtung der Radscheibe2 jedoch ein weichelastisches Verhalten bereitzustellen, ist die Elastomerfeder aus zwei Elastomerschichten11 zusammengesetzt, die durch eine ebenfalls ringförmige Metallschichten12 voneinander getrennt sind. Mit anderen Worten ist die Elastomerfeder als Verbundwerkstoff realisiert. - Die beidseitig der Radscheibe
2 angeordneten Scheibenbremsen3 sind über eine Distanzhülse13 voneinander beabstandet, wobei eine sich durch die Verbindungshülse13 erstreckende Schraubverbindung14 die Radscheiben3 jeweils gegen eine Stirnseite der Distanzhülse13 presst. Durch die aus der Distanzhülse13 sowie der Schraubverbindung14 bestehenden Verbindungsmittel sind die Bremsscheiben3 fest miteinander verbunden, wodurch ein Verwölben der Bremsscheiben3 bei Erwärmung der Reibflächen5 weitgehend vermieden ist. Dabei durchragen die aus Distanzhülse13 und Schraubverbindung14 bestehenden Verbindungsmittel eine in der Bremsscheibe2 vorgesehene Durchgangsöffnung15 . Im Hinblick auf die torsionselastische Anbindung der Bremsscheibe3 an die Radscheibe2 wurde auf eine passgenaue Ausfertigung der Durchgangsöffnungen15 bezüglich der Distanzhülse13 verzichtet und der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung15 gegenüber dem Außendurchmesser der Distanzhülse13 hinsichtlich seines Durchmessers vergrößert, so dass die Verbindungsmittel die Durchgangsöffnung15 mit Spiel durchgreifen. Die Bremsscheiben3 sind somit schwimmend an der Radscheibe2 gelagert. - Um eine radiale Ausdehnung der Bremsscheibe
3 zu ermöglichen, ist diese mittels eines gewellten Abschnittes16 an der Elastomerfeder10 abgestützt. -
2 zeigt das Ausführungsbeispiel der Radanordnung gemäß1 in einer entlang der Linie I-I geschnittenen Ansicht, in der insbesondere die Anordnung der Verbindungsmittel13 ,14 in der Durchgangsöffnung15 verdeutlicht ist. Weiterhin ist erkennbar, dass in der Durchgangsöffnung15 Anschläge17 vorgesehen sind, die von einer Scheibenmitte der Radscheibe2 gleich beabstandet sind und mit anderen Worten auf einem gleichen Umfangsradius der scheibenförmigen Bremsscheibe3 liegen. Dabei sind die Anschläge17 als aufeinander zuweisende Vorsprünge ausgebildet, so dass bei einer Auslenkung der Scheibenbremsen entgegen einer wie auch immer gerichteten Drehbewegung der Radscheibe2 das Spiel der Bremsscheiben3 bezüglich der Radscheibe2 verringert ist. Auf diese Weise kann eine Bremskraft von der Bremsscheibe3 sicher in die Radscheibe2 eingeleitet werden. - In
2 ist weiterhin erkennbar, dass die Federmittel Ganzmetallkissen18 aufweisen, die um die Distanzhülse13 herum verteilt angeordnet sind. Durch die stauchfähigen Ganzmetallkissen18 wird die Torsionssteifigkeit der Federmittel erhöht und ein Dämpfungsbeitrag hinzugefügt. Dabei sind die aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Ganzmetallkissen18 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 (9)
- 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.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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R011 | All appeals rejected, refused or otherwise settled | ||
R031 | Decision of examining division/federal patent court maintaining patent unamended now final |
Effective date: 20140502 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |