DE1176694B - Schienenrad mit senkrecht zur Drehachse des Rades stehenden, von aussen beaufschlagten Bremsscheibenringen - Google Patents

Schienenrad mit senkrecht zur Drehachse des Rades stehenden, von aussen beaufschlagten Bremsscheibenringen

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DE1176694B
DE1176694B DEK43632A DEK0043632A DE1176694B DE 1176694 B DE1176694 B DE 1176694B DE K43632 A DEK43632 A DE K43632A DE K0043632 A DEK0043632 A DE K0043632A DE 1176694 B DE1176694 B DE 1176694B
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DE
Germany
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wheel
brake disc
hub
rim
rail
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DEK43632A
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English (en)
Inventor
Heinrich Wagner
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Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Original Assignee
Krauss Maffei AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/02Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/12Discs; Drums for disc brakes
    • F16D65/123Discs; Drums for disc brakes comprising an annular disc secured to a hub member; Discs characterised by means for mounting
    • F16D65/124Discs; Drums for disc brakes comprising an annular disc secured to a hub member; Discs characterised by means for mounting adapted for mounting on the wheel of a railway vehicle

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Description

  • Schienenrad mit senkrecht zur Drehachse des Rades stehenden, von außen beaufschlagten Bremsscheibenringen Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenrad mit senkrecht zur Drehachse des Rades stehenden, von außen beaufschlagten Bremsscheibenringen, die mit dem Radkörper ein Gußstück bilden und zwischen der Nabe und dem Radreifen bzw. der Felge angeordnet sind.
  • Diese bekannten Schienenräder sind üblicherweise als Speichenräder ausgebildet, wobei ein- oder beiderseits an den Stirnseiten der Radkörper angeordnete Bremsscheibenringe unmittelbar an den Speichen angegossen sind, so daß die Speichen sowohl die Felge als auch die Bremsscheibenringe tragen. Dadurch ergeben sich ein hohes Gewicht des Schienenrades und somit große ungefederte Massen, welche die Laufeigenschaften des Fahrzeuges ungünstig beeinflussen. Außerdem dehnen sich bei Fahrzeugen mit großer Fahrgeschwindigkeit und entsprechend hoher Bremsleitung die Bremsscheibenringe infolge der starken Erwärmung beim Bremsen aus, was zu großen, den Radkörper insbesondere an den Speichen gefährdeten Wärmespannung führt, so daß die Lebensdauer der Radkörper bei schweren, stark beanspruchten Fahrzeugen verhältnismäßig gering ist.
  • Um dies zu vermeiden, sind bereits in bekannter Weise an einem gegossenen Schienen-Speichenrad die Bremsscheibenringe als ein Gußkörper mit radial verlaufenden Tragrippen ausgebildet worden, die zusammen einen Tragrippenstern ergeben. Die Tragrippen gehen jeweils zwischen zwei benachbarten Radspeichen von der Nabe aus, so daß der Tragrippenstern zusammen mit den Bremsscheibenringen über die Nabe mit dem Radkörper zu einem Gußstück vereint ist. Damit ist zwar eine freie Ausdehnung der Bremsscheibenringe bei Erwärmung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung ohne irgendwelche Beanspruchung des Radkörpers gewährleistet. Durch den zusätzlich vorhandenen Tragrippenstern ergibt sich jedoch ein noch höheres Gewicht als bei den erstgenannten Schienenrädern mit Bremsscheibenringen.
  • Es ist auch schon ein Hohlrad für Schienenfahrzeuge bekanntgeworden, bei dem die sich zwischen der Radnabe und der Felge erstreckenden Stirnwände des Hohlradkörpers zum Teil als Bremsfläche ausgebildet sind. Diese Hohlräder sind jedoch mit einer Vielzahl von sich zwischen der Nabe und der Felge radial erstreckenden und die Stirnwände bzw. die Bremsscheibenringe verbindenden Rippen versehen. Dadurch ergibt sich zwar ein sehr starrer Radkörper, der jedoch bei starkem Bremsen und langsamem Fahren, z. B. in Gefällestrecken, einer raschen und starken Erwärmung ausgesetzt ist, die nur zum geringen Teil durch die Kühlluft abgeführt werden kann. Dies kann zu einem Wärmestau, dadurch bedingt zu erheblichen Spannungen und somit zu Rissen in der Übergangszone zwischen den Bremsscheibenringen und dem Radkörper führen, die eine erhebliche Betriebsgefährdung darstellen. Außerdem weist das bekannte Hohlrad durch die starke Verrippung ein erhebliches Gewicht auf, so daß die Laufeigenschaften des Fahrzeuges infolge der großen ungefederten Massen ungünstig beeinflußt werden und der Oberbau stark beansprucht wird.
  • Demgegenüber besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, das Schienenrad nach der eingangs genannten Gattung dahingehend weiterzubilden, daß bei vermindertem Gewicht eine erheblich vergrößerte Lebensdauer des Schienenrades gewährleistet ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß zwischen den Bremsscheibenringen ein einbautenfreier Ringraum vorgesehen ist, derart, daß der gesamte Kraftfluß zwischen Nabe und Felge bzw. Radreifen über die Bremsscheibenringe verläuft. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Längsachsen der Speichen oder Tragrippen zwischen der Nabe und einem Bremsscheibenring und diesem und der Felge bzw. dem Radreifen einen Winkel kleiner als 180° einschließen.
  • Durch diese sowie die weiteren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Maßnahmen wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe insofern in vorteilhafter Weise gelöst, als die Spannungsdifferenzen zwischen den Bremsscheibenringen und der Nabe bzw. der Felge vermindert werden und somit keine, die Lebensdauer des Radkörpers verkürzenden Spannungsrisse zu befürchten sind. Zur Anpassung der Lebensdauer der Bremsscheibenringe an die des Radkörpers können die Bremsflächen der Bremsscheibenringe in an sich bekannter und vorteihafter Weise mit einer im Metallspritzverfahren aufgetragenen dünnen Werkstoffschicht aus einer Graugußlegierung oder einer hochverschleißfesten Legierung versehen sein. Vorzugsweise wird hierfür ein Auftrag aus perlitischem Gußeisen vorgesehen, wodurch die Bremsflächen der Bremsscheibenringe die günstigen Eigenschaften der gußeisernen Bremsscheiben aufweisen. Da die Verwendung eines aus Gußeisen bestehenden Schienenrades aus Festigkeitsgründen nicht möglich ist, vereint das erfindungsgemäß ausgebildete Schienenrad die Vorteile der gußeisernen Bremsscheiben mit der Notwendigkeit, das Rad bzw. den Radkörper aus Stahlguß herzustellen. Dadurch ergibt sich eine lange Lebensdauer sowohl der Bremsscheibenringe als auch des Radkörpers, so daß der Radsatz bis zur ohnehin notwendigen Nachbearbeitung bzw. bis zur Erneuerung des Radreifens oder bis zum Austauschen der Wälzlager in Betrieb bleiben kann. Ferner wird das Schienenrad leichter, wodurch die ungefederten Massen verringert und die Herstellungskosten erheblich gesenkt werden.
  • In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung jeweils in einem teilweisen Längsmittelschnitt schematisch dargestellt.
  • Die Schienenräder nach den A b b. 1 bis 7 bestehen im wesentlichen jeweils aus einer mit einer axialen Bohrung für eine Achswelle 1 versehenen Nabe 2, zwei Bremsscheibenringen 3, der Felge 4, dem Radreifen 5 sowie zwischen der Nabe 2 und den Bremsscheibenringen 3 bzw. zwischen diesen und der Felge 4 bzw. dem Radreifen 5 vorgesehenen Speichen oder Tragrippen 6 bzw. 7. Die Herstellung erfolgt aus Stahl bzw. Stahlguß. Allen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist ferner ein ringförmiger, zwischen den Bremsscheibenringen 3 vorgesehener Hohlraum B.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß A b b. 1 zeigt die einfachste Form eines nach der Erfindung ausgebildeten Schienenrades, bei dem Nabe 2, Tragrippen 6, Bremsscheibenringe 3 und Radreifen 5 ein einziges Stahlgußstück bilden (Monoblockrad). Hierbei ist die Nabe 2 mit radial nach außen verlaufenden und gleichmäßig über den Umfang verteilten Tragrippen 6 für die zwischen der Nabe 2 und dem Radreifen 5 angeordneten, mit ihren Bremsflächen senkrecht zur Drehachse des Rades stehenden und von außen beaufschlagten Bremsscheibenringen 3 versehen. Vorteilhaft sind die Tragrippen 6 der beiden Bremsscheibenringe 3 gegenseitig in Umfangsrichtung versetzt. Gemäß der Erfindung ist die Nabe 2 mit dem Radreifen 5 über die Bremsscheibenringe 3 als tragendem Bestandteil des Radkörpers verbunden, d. h., die von der Nabe 2 ausgehenden Tragrippen 6 gehen in den Innenumfang der Bremsscheibenringe 3 über, und diese sind erst an ihrem Außenumfang mit dem Radreifen 5 verbunden. Der sich hierbei ergebende, durch die der Quermittelebene X des Schienenrades zuliegenden Flächen der Tragrippen 6, der Bremsscheibenringe 3 sowie des Radreifens 5 begrenzte Hohlraum 8 ermöglicht eine gute Kühlung der Bremsscheibenringe 3. Im Bereich zwischen den Bremsscheibenringen 3 und dem Radreifen 5 sind vorzugsweise in gleichmäßiger Teilung koaxial zur Achswelle liegende Aussparungen 9 vorgesehen, um einen Abzug der erwärmten, im Bereich der Nabe 2 zwischen den Tragrippen 6 eintretenden und den Hohlraum 8 durchströmenden Kühlluft zu ermöglichen. Diese Aussparungen 9 können auch axial gegeneinander versetzt angeordnet sein und/oder mit ihren Längsachsen die Achswelle 1 schneiden oder kreuzen. Um die Lebensdauer der Bremsscheibenringe zur Anpassung an die Lebensdauer des Radkörpers zu verlängern, können die Bremsflächen der Bremsscheibenringe 3 in vorteilhafter Weise mit einer im Metallspritzverfahren aufgebrachten Werkstoffschicht aus einer Graugußlegierung, vorzugsweise aus perlitischem Gußeisen, oder einer hochverschleißfesten Legierung versehen sein. Durch diese und die obengenannten Maßnahmen wird bei vermindertem Gewicht eine lange Lebensdauer des Schienenrades gewährleistet.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß A b b. 2 ist die Nabe 2 mit einer ringfrömigen Versteifungsrippe 10 versehen, an welcher die Tragrippen 6 für die Bremsscheibenringe 3 angegossen sind, wodurch das Gewicht des Schienenrades weiter verringert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden lediglich die Nabe 2, die Tragrippen 6, die Bremsscheibenringe 3 und die Felge 4 ein einheitliches Gußstück. Der Radreifen 5 ist in üblicher Weise auf der Felge aufgezogen und durch einen Sprengring 11 gesichert. Im Bereich zwischen den Bremsscheibenringen 3 und der Felge 4 sind Aussparungen 9 für den Abzug der im Bereich der Nabe 2 zwischen den Tragrippen 6 eintretenden und den Hohlraum 8 durchströmenden Kühlluft vorgesehen. Sie können wie die Aussparungen gemäß dem Ausführungsbeispiel nach A b b. 1 auch axial gegeneinander versetzt und/oder schräg zur Quermittelebene X des Schienenrades angeordnet sein.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß A b b. 3 sind sowohl zwischen der mit einer niedrigen ringförmigen Versteifungsrippe 10 versehenen Nabe 2 und den Bremsscheibenringen 3 als auch zwischen diesen und der Felge 4 Tragrippen 6 bzw. 7 vorgesehen. Dabei liegen jeweils eine Tragrippe 6 bzw. 7 zwischen der Nabe 2 und einem Bremsscheibenring 3 sowie zwischen diesem und der Felge 4 bzw. dem Radreifen 5 in einer Längsmittelebene des Radkörpers. Die Längsachsen zweier in einer Längsmittelebene liegender und einem Bremsscheibenring zugeordneter Tragrippen 6 und 7 zwischen der Nabe 2 und dem Bremsscheibenring 3 und zwischen diesem und der Felge 4 bzw. dem Radreifen 5 schließen vorteilhaft einen Winkel x ein, der kleiner als 180° ist. Damit können die beim Erwärmen während des Bremsens im Rad bzw. Radkörper auftretenden Kräfte ohne weiteres in erträglichen Grenzen gehalten werden, weil der Radkörper elastisch nachgiebig ist. Zur Versteifung der Nabe 2 sind die Tragrippen 6 in deren Bereich miteinander verbunden.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß A b b. 4 entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach A b b. 3, jedoch mit dem Unterschied, daß die Nabe 2 keine ringförmige Versteifungsrippe 10 aufweist und die von dieser ausgehenden Tragrippen 6 in ihrem Querschnitt schwächer ausgeführt sind, um ein noch geringeres Gewicht zu erreichen. Damit aber trotzdem eine ausreichende Festigkeit erzielt wird, sind die geschwächten Tragrippen 6 im Bereich des Lufteintritts mit radialen Rippen 12 versehen. Diese gewährleisten zudem eine noch bessere Führung der Kühlluft. Das Ausführungsbeispiel nach A b b. 5 entspricht bis auf die an der Nabe 2 vorgesehene und sich bis zum Hohlraum 8 erstreckende ringförmige Versteifungsrippe 10 der Nabe 2 im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach A b b. 4.
  • Bei dem Schienenrad nach dem Ausführungsbeispiel gemäß der A b b. 6 liegen jeweils die zwischen der Nabe 2 und einem Bremsscheibenring 3 sowie zwischen dem anderen Bremsscheibenring 3 und der Felge 4 angeordneten Tragrippen 6 bzw. 7 in einer Längsmittelebene des Radkörpers, d. h. sowohl die von der Nabe 2 ausgehenden wie auch die in die Felge 4 einmündenden Tragrippen 6 und 7 für beide Bremsscheibenringe 3 sind jeweils .gegenseitig versetzt. Dadurch ergibt sich eine besonders gute Luftführung und damit Kühlung des Bremsscheibenringes 3 sowie eine festigkeitsmäßig sehr gute Ausnutzung des Radkörpers.
  • Bei dem in A b b. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel, das grundsätzlich dem Ausführungsbeispiel nach A b b. 6 entspricht, ist das Schienenrad wie in A b b. 1 als Monoblockrad ausgeblidet. Bei fortgeschrittener Abnutzung des Radreifens 5 kann dieser in bekannter Weise bis zu der strichpunktierten Linie abgedreht und die Felge mit einem neuen Radreifen versehen werden.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Schienenrad mit senkrecht zur Drehachse des Rades stehenden, von außen beaufschlagten Bremsscheibenringen, die mit dem Radkörper ein Gußstück bilden und zwischen der Nabe und dem Radreifen bzw. der Felge angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Bremsscheibenringen ein einbautenfreier Ringraum vorgesehen ist.
  2. 2. Schienenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibenringe (3) mit der Nabe (2) und/oder mit der Felge (4) durch Speichen oder Tragrippen (6 bzw. 7) verbunden sind.
  3. 3. Schienenrad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Speiche oder Tragrippe (6 bzw. 7) zwischen der Nabe (2) und einem Bremsscheibenring (3) sowie zwischen diesem und der Felge (4) bzw. dem Radreifen (5) in einer Längsmittelebene des Radkörpers liegt.
  4. 4. Schienenrad nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der Speichen oder Tragrippen (6 bzw. 7) zwischen der Nabe (2) und einem Bremsscheibenring (3) und diesem und der Felge (4) bzw. dem Radreifen (5) einen Winkel (x) kleiner als 180° einschließen.
  5. 5. Schienenrad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen oder Tragrippen (6 bzw. 7) beider Bremsscheibenringe (3) in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind.
  6. 6. Schienenrad nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsflächen der Bremsscheibenringe (3) in an sich bekannter Weise mit einer im Metallspritzverfahren aufgebrachten Werkstoffschicht versehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1026 644; USA.-Patentschrift Nr. 2 242 855.
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