-
Halterung für Bremsscheiben, insbesondere von Schienenfahrzeugen
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halterung für Bremsscheiben, insbesondere
von Schienenfahrzeugen entsprechend der im Oberbegriff des Hauptanspruches angegebenen
Gattung.
-
Aus Gründen der Fertigung und der betrieblichen Wartung sowie wegen
örtlich stärkerer thermischer Beanspruchung der die Reibflächen tragenden Bremsscheibenringe,
werden Achsbremsscheiben meistens Zweiteilig hergestellt, nämlich aus einer auf
die Welle aufschrumpfbaren Nabe und einem auf der Nabe anbringbaren Bremsscheibenring.
-
Der der Reibwirkung ausgesetzte Bremsscheibenring erfährt im Betrieb
eine Erwärmung auf mehrere 100 Gradc, die dessen allseitig radial gerichtete Ausdehnung
in einer Groß anordnung von mehr als ein Millimeter zur Folge haben kann. Den bei
dieser thermisch bedingten, Ausdehnung auftretenden nach außen gerichteten Spannkräften
ist bei der Auswahl der Befestigung des Bremsscheibenringes an der Nabe Rechnung
zu tragen.
-
Bei einer bekannten Anordnung für Bremsscheiben der eingangs genannten
Gattung (DE-OS 2 320 115) sind mehrere Lösungswege beschritten worden.
-
Grundsätzlich wurde bei jeder dieser bekannten Lösungen das Prinzip
des Reibschlusses angewandt, worunter das durch Schraubbolzen oder
andere
Befestigungsmittel sowie durch einen von diesen durchgriffenen Klemmring die Verklammerung
des Flansches der Bremsscheihe an den Flansch der Nabe verstanden wird.
-
Um die thermisch bedingten Verspannungen des Bremsscheibenringes von
dem Befestigungsmittel fernzuhalten, wurde die von diesem durchgriffene Durchgangsbohrung
mit radialem Spiel derart ausgebildet, daß zwischen der mehr innen, zur Längsachse
der Bremsscheibe hin liegenden Begrenzungsfläche der Durchgangsbohrung ein größeres
Spiel zu dem Befestigungsmittel hin besteht als zwischen diesem und der diametral
außenliegenden Begrenzungsfläche der Durchgangsbohrung. Das hieß, daß das in der
Durchgangsbohrung der Nabe und des Klemmringes ohne Spiel eingesetzte Befestigungsmittel
die im Flansch bzw. Mitnehmer des Bremsscheibenringes einen kleineren Lochkreisdurchmesser
aufweisende Durchgangsbohrung mit einseitigem (innenliegendem) Spiel durchgreift.
-
Auf diese Weise kann sich der beidseits unter Klemmschluß stehende
Flansch des Bremsscheibenringes ungehindert und ohne Scherkräfte auf das Befestigungsmittel
auszuüben bei Erwärmung radial ausdehnen. Es besteht jedoch die Gefahr, daß infolge
ungleichmäßiger Erwärmung der Bremsscheibe oder infolge ungleichmäßigen Verschraubungsdrucks
der Befestigungsmittel der nunmehr bei Erwärmung auf der Nabe nicht mehr aufliegende
Bremsscheibenring seine konzentrische Halterung verliert.
-
Denn allein durch den Reibschluß, welcher zwischen dem Flansch des
Bremsscheibenringes einerseits und dem Klemmring sowie dem Flansch der Nabe andererseits
besteht, kann das Eintreten einer Unwucht des unter hoher Erwärmung stehenden zentral
nicht mehr zentrierten Bremsscheibenringes nicht verhindert werden. Dem Befestigungsmittel
ist
keine Möglichkeit gegeben unmittelbar das Auftreten einer Unwucht
des Bremsscheibenringes, z. B. durch von Schienenstößen verursachte Beschleunigungskräfte
zu verhindern.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Halterung für Bremsscheiben
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche Befestigungsmittel aufweist, deren
Form und Anordnung den bei Erwärmung eines Bremsscheibenringes auftretenden Verspannungskräften
standhält und wobei auch bei auftretenden Erwärmungen die unmittelbar auf den Bremsscheibenring
gerichtete Zentrierwirkung der Befestigungsmittel bei Beibehaltung des Reibschlusses
voll erhalten bleibt.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im kennzeichnenden
Teil des Hauptanspruches enthaltenen Merkmalen gelöst.
-
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindungen sind aus den Unteransprüchen
ersichtlich.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung
eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
-
Es zeigt: Fig. 1 einen achsparellelen Schnitt durch den Bereich der
Halterung einer Bremsscheibe, Fig. 2 eine Seitenansicht der Halterung der Bremsscheibe
nach Fig. 1, Fig. 3 einen achsparallelen Schnitt einer weiteren Einzelheit der Erfindung,
Fig.
4 einen radialen Schnitt durch die Einzelheit nach Fig. 3, Fig. 5 eine Darstellung
der erfindungsgemäßen Lage der Befestigungsmittel, und Fig. 6 ein Kräftediagramm
des in radialer und axialer Richtung wirkenden Merschraubungsdruckes bei kaltem
bzw. warmen Bremsscheibenring.
-
Fig. 1 zeigt die Nabe 1 einer Achsbremsscheibe, welche einen radial
nach außen gerichteten flanschartigen Mitnehmer 3 aufweist, Über den äußeren zylindrischen,
bearbeiteten Abschnitt der Nabe ist ein Mitnehmer 5 eines Bremsscheibenringes 7
derart aufgezogen, daß eine am Mitnehmer 3 der Nabe 1 in radialer Richtung liegende
Anpreßfläche 9 vollständig mit- einer am Mitnehmer 5 des Bremsscheibenringes 7 ebenfalls
in radialer Richtung ausgebildeten Anpreßfläche 11 zur Anlage kommt. Sowohl im Mitnehmer
3 wie im Mitnehmer 5 befindet sich eine Anzahl auf den Umfang gleichmäßig verteilt
angeordneter achsparalleler Durchgangsbohrungen 13 und 15, wobei der Lochkreisdurchmesser
17 der Durchgangsbohrungen 15 des Mitnehmers 5 um wenige Millimeter kleiner ist
als der Lochkreisdurchmesser 19 der Durchgangsbohrung 13 des Mitnehmers 3, beide
Durchgangsbohrungen 13 bzw. 15 jedoch die gleiche Winkelteilung aufweisen.
-
Die bei aufgezogenem Bremsscheibenring 7 auf die Nabe 1 freiliegenden
Öffnungen der Durchgangsbohrung 13 bzw. 15 weisen kalottenförmige Ansenkungen 21
bzw. 23 auf. In den kalottenförmigen Ansenkungen 21 bzw.
-
23 liegen äquivalent geformt kalottenartige Unterlegscheiben 25 bzw.
-
27, deren Ränder telerförmig auslaufen und auf der planen nicht angesenkten
Ebene der Mitnehmer derart aufliegen, daß die kalottenartigen Unterlegscheiben 25
bzw. 27 unverrückbar in den Ansenkungen 21 bzw.
-
23 liegen. In den Unterlegscheiben 25 bzw. 27 liegen diesen angepaßte,
durchbohrte Stahlkugelabschnitte 29 bzw. 31.
-
Die gesamte, zusammengebaute Anordnung von Stahikugelabschnitten 29
bzw. 31, kalottenartigen Unterlegscheiben 25 bzw. 27 und die Durchgangsbohrungen
13 bzw. 15 der aneinanderliegenden Mitnehmer 3 bzw. 5 ist jeweils von einem Befestigungsmittel,
z. 8. einem Schraubbolzen 33 durchgriffen. Der Verschraubungsdruck des Schraubbolzens33
überträgt sich von dessen Kopf bzw. von dessen Mutter auf die jeweils nach aussen
zeigenden ebenen Flächen der Stahlkugelabschnitte 29 bzw. 31.
-
Da der Lochkreisdurchmesser 17 der Durchgangsbohrung 15 des Bremsscheibenringes
7 kleiner ist als der Lochkreisdurchmesser 19 der Durchgangsbohrung 13 des Mitnehmers
3 der Nabe 1 liegt die Längsachse 35 des Schraubbolzens 33 zwar in der radialen
Ebene der Bremsscheibe jedoch mit einer bestimmten Neigung zur Nabenlängsachse,
wobei letztere von der zur Seite des Mitnehmers 5 des Bremsacheibenringes 7 gerichteten
Verlängerung der Längsachse 35 des Schraubbolzens 33 geschnitten wird.
-
Die Längsachsen 35 sämtlicher Schraubbolzen 33 liegen also auf der
Umhüllenden eines sehr spitzen Kegels, dessen Spitze vom Schnittpunkt der Nabenlängsachse
mit den Längsachsen 35 des Schraubbolzens gebildet ist.
-
Der Schraubbolzen 33 ist in Form einer Dehnschraube ausgebildet. Der
Schaftdurchmesser der Dehnschraube ist derart klein gewählt, daß
keine
der Begrenzungsflächen der Durchgangsbohrung 13 bzw. 15, sowohl im kalten wie im
warmen Zustand der Bremsscheibe am Schraubbolzen zur Anlage kommen.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung der zur Halterung der Achsbremsscheibe
benutzten Befestigungsmittel unterbindet jede zu Zerstörungen führende Einflußnahme
der bei Erwärmung des Bremsscheibenringes 7 auftretenden radial nach außen gerichteten
Spannkräfte auf den Schraubbolzen 33.
-
Bei Erwärmung des Bremsscheibenringes 7 wird durch dessen Mitnehmer
5 und durch die in dessen Ansenkung 23 eingebetteten Teile, - Unterlegscheibe 27
und Stahlkugelabschnitt 31 - der im Bereich der Durchgangsbohrung 15 liegende Abschnitt
des Schraubbolzens 33 um einen geringen Betrag radial nach außen geschwenkt, wobei
der Drehpunkt dieser Schwenkung die Ansenkung 21 an der Öffnung der Durchgangsbohrung
13 des Mitnehmers 3 ist. Bei dieser geringen Schwenkung des Schraubbolzens 33 bleiben
die kalottenartigen Unterlegscheiben 25 bzw. 27 unverrückt, jedoch kommt es zu einem
Verschieben der in diesen liegenden Stahlkugslabschnitte 29 bzw. 31 gemeinsam mit
dem von ihnen durchgriffenen Schraubbolzen 33.
-
Die Figuren 5 und 6 dienen zur besseren Erläuterung der zuletzt beschriebenen
Vorgänge. Fig. 5 zeigt die Anordnung von beispielsweise acht Schraubbolzen, deren
unter einer geringen Neigung zur Nabenlängsachse 43 stehenden Längsachsen 35 auf
der Mantelfläche eines spitzen Kegels liegen, dessen Spitze weit unterhalb des Zeichnungsblattes
liegt.
-
Das in Fig. 6 dargestellte Kräftediagramm zeigt die Richtung des
Verschraubungsdruckes
Vk der Befestigungsmittel 33 des im kalten Zustand an die Nabe 1 angebauten Bremsscheibenringes
7. Der Verschraubungsdruck Vk ist in die axial gerichtete Kraftkomponente a und
in die radial gerichtete Kraftkomponente k zerlegbar. Bei Erwärmung des Bremsscheibenringes
7 erfährt der Schraubbolzen die wie vorbeschriebene geringe Schwenkung, wobei sich
seine Neigung zur Nabenlängsachse 43 verringert. Mit einer Verringerung der Neigung
des Schraubbolzens 33 ist auch eine geringe Abnahme des Verschraubungsdruckes sowie
die Änderung der Wirkrichtung desselben verbunden. Dieser Zustand wird in dem Diagramm
nach Fig. 6 durch die Größe des Verschraubungsdruckes Vw und die radial gerichtete
kleiner gewordene Kraftkomponente w charakterisiert.
-
Da sämtliche, z. B. acht Befestigungsmittel diesen eben beschriebenen
Vorgängen unterliegen, steht der Mitnehmer des warmen Bremsscheibenringes 7 über
den ganzen Umfang verteilt unter den gleich großen, insgesamt jedoch auf die Größe
w verminderten radial gerichteten Kraftkomponenten. Diese über den Umfang des Mitnehmers
5 gleichmäßig verteilt angreifenden Kraftkomponenten sorgen für die Zentrierung
des Bremsscheibenringes 7 auch in dessen erwärmten Zustand.
-
Die als Befestigungsmittel benutzten Dehnschrauben sind in der erforderlichen
Größe genormt und handelsüblich erhältlich. Die gewählte Anzahl von z. B. acht Schraubbolzen
je Bremsscheibe sowie die von dem Schraubbolzen im kalten Zustand des Bremsscheibenringes
eingenommene Neigung gestatten die Vorspannkraft auf die Hälfte des Wertes festzulegen,
welchem die Dehnschraube maximal ausgesetzt werden darf, um die einwandfreie Funktion
der Halterung zu gewährleisten. Die Neigung
des schräg liegenden
Schraubbolzens ist derart gewählt, daß die eintretende Längenabnahme jeder Schraube
bei Erwärmung des Bremsscheibenringes 7, durch die geringer werdende Neigung des
Schraubbolzens, etwa ein Vierzigstel des Dehnungsbetrages, den die Schraube beim
Anziehen auf ihre Vorspannkraft erfährt, beträgt.
-
Die Schräglage sämtlicher Befestigungsmittel hat noch den Vorteil,
daß sie neben der Zentrierung die Zugkraft in dem auf Zug nach außen beanspruchten
Querschnitt des Mitnehmers des Bremsscheibenringes wesentlich verringert, weil die
radiale Kraftkomponente des Verschraubungsdruckes ebenfalls nach außen gerichtet
ist.
-
Zur weiteren Sicherung der Drehmomentübertragung vom Reibscheibenring
7 auf die Nabe 1 bzw. gegebenenfalls zur Begrenzung einer in Umfangsrichtung auftretenden
Biegebeanspruchung der Schraubbolzen sind an zwei oder vier Stellen des Umfangs
der Mitnehmer gleichmäßig verteilt Führungsbolzen 36 angeordnet. Der Fürungsbolzen
36 hat ein Gewindeteil 37, einen leicht konisch verlaufenden Schaftabschnitt 38
und einen Führungszapfen 39. Mit seinem konischen Schaftabschnitt 38 wird der Führungsbolzen
36 von der Trennebene zwischen den beiden Mitnehmern 3 und 5 her in eine entsprechend
konisch geformte Durchgangsbohrung 40 und mittels einer Mutter 41 auf dem Gewindeteil
37 in den Mitnehmer 5 fest eingeschraubt. Die Stellung des eingeschraubten Führungsbolzens
36 ist hierbei derart, daß an dem Führungszapfen 39 ausgebildete Anschlagflächen
44, 44' zu dem durch die Mittelachse des Führungsbolzens verlaufenden Radius der
Bremsscheibe beidseits symmetrisch parallel liegen.
-
Bei zusammengebauter Bremsscheibe sitzt der Führungszapfen 39 des
Führungsbolzens 36 in einem Langloch 45 dessen Innenflächen 46 so
ausgebildet
sind, daß die Anschlagflächen 44 des Führungszapfens 39 mit diesemvgeringem Spiel
gegenüberliegen. Das Langloch 45 ist in einer in den Mitnehmer 3 der Nabe 1 einsetzbaren
Buchse 47 ausgebildet, wobei zwischen der auswärts gerichteten Begrenzungsfläche
der Anschlagfläche 44 und der dieser yegenüberliegenden Begrenzungsfläche des Langloches
45 ein Spiel 48 besteht. Wärmebedingte Verspannungen im Mitnehmer 5 des Bremsscheibenringes
7 stellen keine Belastung für den Führungsbelzen dar, dessen Führungszapfen 39 in
der auch in radialer Richtung mit Spiel ausgebildeten Buchse 47 widerstandslos verschieblich
ist.
-
Die Ausbildung der Auflagestellen für die Enden der schwenkbaren Schraubbolzen
33 ist nicht auf eine Ausführung mit Stahlkugelabschnitten mit kalottenartigen Unterlegscheiben
in kalottenförmigen Ansenkungen beschränkt. Es ist auch möglich, der Ansenkung in
den Mitnehmern die Form einer in Umfangsrichtung ausgerichteten beidseits symmetrisch
zum Lochkreisdurchmesser der Durchgangsbohrungen in den Mitnehmern angeordneten
flachen Nut mit kreisbogenförmigem Radialprofil zu geben, in welcher von den Enden
der Schraubbolzen analog dem ersten Ausführungsbeispiel durchgriffene Stahlzylinderabschnitte
und rohrabschnittförmige Unterlegteile liegen, wobei die Schraubbolzen vorwiegend
nur in radialer Richtung zu schwenken vermögen.
-
Des weiteren ist die Ausbildung der Auflagestellen unmittelbar an
den zueinander gekehrten Flächen am Kopf des Bolzens und an der Mutter desselben
möglich, in dem diese Flächen hallig gehalten werden.
L e e r s
ei t e