DE2941700C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Schienenrad mit axial beidseitig an der Radscheibe des Rades angeordneten Brems­ scheiben aus im wesentlichen halbringförmigen Ringelemen­ ten, die in zur Drehachse symmetrischer Anordnung durch mehrere, die Radscheibe mit Spiel durchdringende Befesti­ gungselemente verspannt sowie jeweils mittels eines gegen translatorische Bewegung sichernden Fixierelements und eines Führungselements gehalten sind, das eine Bewegung im wesentlichen in Richtung zu und von dem Fixierelement weg ermöglicht.

Ein solches Schienenrad ist bekannt (GB-PS 15 26 204, Fig. 3). Dabei dienen die Befestigungselemente dazu, die Ringelemente bzw. Halbringe der Bremsscheiben axial an der Radscheibe zu halten, sie ermöglichen jedoch Relativbewe­ gungen der Halbringe gegenüber den Bremsscheiben in der radialen Ebene der Halbringe. Derartige Relativbewegungen treten infolge unterschiedlicher Wärmedehnungen von Rad­ scheibe und Halbringen auf, so daß das Bewegungsspiel im Bereich der Befestigungselemente einem Brechen der Brems­ halbringe infolge von Wärmespannungen vorbeugt.

Würde die Befestigung der Bremshalbringe ausschließlich mit solchen Befestigungselementen erfolgen, so würden die sich ständig wiederholenden Dehnungen und Kontraktionen infolge von Temperaturänderungen allmählich zu Verlage­ rungen der Bremshalbringe gegenüber der Radscheibe und damit zu schädlichen Unwuchten führen. Deswegen sind beim bekannten Schienenrad in der halbierenden axialen Ebene eines jeden Bremshalbrings das Fixierelement und das Füh­ rungselement angeordnet, so daß jeder Bremshalbring durch diese beiden radial aufeinander ausgerichteten Elemente in seiner Umfangsmitte gehalten ist und Wärmedehnungen nach beiden Ringenden hin erfolgen können. Somit wird dem Ent­ stehen von Unwuchten vorgebeugt.

Dazu ist dem Fixierelement, das nur gegen translatorische Bewegung sichert, noch das Führungselement im Radialab­ stand zugeordnet, um auch eine ebenfalls zu Unwuchten führende Rotation der Bremshalbringe um ihr Fixierelement zu verhindern. Dabei hat die Verwendung einer Bewegungs­ freiheit in einer Richtung aufweisenden Führungselements gegenüber einem zweiten Fixierelement (GB-PS 15 26 204, Fig. 1) den Vorteil, daß sich zwischen den beiden Elementen keine Wärmespannungen aufbauen können, die selbst bei vergleichsweise geringem Abstand zwischen den beiden Elementen bereits schädliche Auswirkungen haben könnten.

Beim bekannten Schienenrad mit Befestigungselementen, Fixierelementen und Führungselementen bleibt trotz der Vermeidung von Wärmespannungen und der Vermeidung der Ten­ denz zur Ausbildung von Unwuchten der Nachteil, daß die Bremshalbringe nur in der Mitte ihrer Umfangslänge stabil gelagert sind, so daß vergleichsweise lange Abschnitte der Bremshalbringe zu beiden Seiten der halbierenden axialen Ebene ohne feste Abstützung an der Radscheibe sind. Unter dem Einfluß von Zentrifugal- und Stoßkräften, die durch das Schlagen des Rades an der Schiene hervorgerufen wer­ den, können folglich die Enden der Bremshalbringe gegen­ über dem Rad schwingen, wodurch Spannungen erzeugt werden, die sich jeweils auf den Bereich des Fixier- und Führungs­ elements im Bereich der axialen Mittelebene konzentrieren. Diese Spannungen können zum Bruch der Bremshalbringe oder gar der bolzenförmigen Fixierelemente und Führungselemente führen.

Diesen nachteiligen Auswirkungen kann auch nicht dadurch begegnet werden, daß die einander gegenüberliegenden Enden der beiden jeweils eine Bremsscheibe bildenden Halbringe durch tangential ausgerichtete Bolzen miteinander verbun­ den werden (DE-OS 21 33 235, Fig. 4). Hier sind die Halbrin­ ge jeweils mit einem einzigen in der axialen Mittelebene angeordneten Fixierelement festgelegt. Ein Schwingen der Enden der Halbringe könnte man mittels der tangentialen Bolzen nur dann verhindern, wenn diese im wesentlichen spielfrei von den Halbringenden aufgenommen wären. Dann käme es aber wiederum zu Wärmespannungen und dadurch bedingte Bruchgefahr.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schienenrad zu schaffen, das nicht nur Wärmespannungen in den Bremshalbringen vermeidet, sondern gleichzeitig auch deren Enden besser abstützt, so daß Wärmespannungs- und Schwingungsbrüche vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Fixierelement und das Führungselement eines jeden Ringele­ ments auf entgegengesetzten Seiten der das Ringelement halbierenden axialen Ebene symmetrisch zu dieser angeord­ net sind und einen größeren Umfangsabstand zu dieser Ebene als zu dem nächstliegenden Ende des Ringelements aufwei­ sen.

Somit werden für jeden Bremshalbring das Fixierelement und das Führungselement aus der halbierenden Mittelebene her­ aus in einen größeren Abstand zueinander sowie näher zu den Halbringenden hin verlagert. Es ist ersichtlich, daß dadurch kürzere freie Ringabschnitte entstehen, die weni­ ger schwingungsgefährdet sind. Gleichwohl wirken jeweils das Fixierelement und das Führungselement in der vor­ stehend beschriebenen Weise zusammen, um Wärmespannungen im betreffenden Bremshalbring auszuschließen.

Dieses Zusammenwirken von Fixierelement und Führungsele­ ment hat auch zur Folge, daß Wärmeausdehnungen und Zusam­ menziehungen der Bremshalbringe in vorbestimmter und genau definierter Weise erfolgen, so daß trotz der erfindungs­ gemäß asymmetrischen Anordnung der Fixierelemente gegen­ über der axialen Mittelebene der Bremshalbringe das Un­ wuchtproblem keine gravierende Bedeutung hat. Wenn auch die genaue Zentrierung des einzelnen Bremshalbrings ver­ lorengehen kann, läßt sich das rotatorische Gleichgewicht dadurch aufrechterhalten, daß durch axialsymmetrischen Aufbau eines Paares von Bremshalbringen Masseverlagerungen des einen Bremshalbrings durch entsprechende Masseverlage­ rungen des anderen Bremshalbrings ausgeglichen werden.

Die vorgesehenen Führungselemente sind vorzugsweise so ausgelegt, daß sie den Bremshalbringen ermöglichen, sich zum und vom betreffenden Fixierelement weg zu bewegen. Es ist jedoch auch möglich, daß die Führungselemente eine leichte Drehung der Bremshalbringe um ihr Fixierelement während einer Wärmebewegung zulassen. Beispielsweise kann die lineare Bewegungsrichtung etwas von der Verbindungs­ linie des Führungselements mit dem Fixierelement abwei­ chen, so daß mit der Linearbewegung eine kleine Winkel­ bewegung des betreffenden Bremshalbrings einhergeht. Es ist auch möglich, die Führungselemente als Exzenter aus­ zubilden, die ebenfalls eine kleine Drehbewegung der Bremshalbringe während einer Wärmebewegung hervorrufen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Er­ findung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Ausführungsform des Eisenbahn-Schienenrades und ab­ gewandelte Ausführungsformen werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Bremsscheibe, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit das Rad weggelas­ sen ist und einige Teile weggebrochen sind,

Fig. 2 den Schnitt II-II in Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt III-III in Fig. 1 durch ein Befe­ stigungselement,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine abgewandelte Aus­ führungsform des Führungselements,

Fig. 5 eine Endansicht einer anderen abgewandelten Aus­ führungsform des Führungselements und

Fig. 6 einen Querschnitt durch dieses Führungselement.

Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Anordnung eines Eisen­ bahn-Schienenrades mit Scheibenbremse weist ein Rad auf, das sich aus einer Nabe 1, einem Umfangsflansch 2 und einer diese miteinander verbindenden Radscheibe 3 zusam­ mensetzt.

An den einander abgewandten Stirnflächen der Radscheibe 3 sind Bremsscheiben angeordnet, die sich je aus zwei halb­ ringförmigen Ringelementen 4 zusammensetzen, die hier auch als Bremshalbringe oder als Halbringe bezeichnet sind. Es wird nun die Befestigung eines Ringelements 4 im einzelnen beschrieben; die anderen Ringelemente 4 sind an der Rad­ scheibe 3 in genau der gleichen Weise befestigt. Das Ring­ element 4 ist an der Radscheibe 3 mit zwölf Befe­ stigungselementen 5 in Gestalt von Durchsteckbolzen be­ festigt, die gemäß Fig. 3 mit beträchtlichem Spiel ent­ sprechende Löcher in der Radscheibe 3 durchdringen. Der­ selbe Satz Durchsteckbolzen 5 dient zum Befestigen des Ringelements 4 an der entgegengesetzten Seite der Rad­ scheibe 3; die Bolzenköpfe und die Sicherungsmuttern sind in den freiliegenden Bremsflächen der Ringelemente 4 ver­ senkt angeordnet. Die Durchsteckbolzen 5 sind genügend stark angezogen, um sicherzustellen, daß jegliches Bestre­ ben der Ringelemente 4, sich wegen unterschiedlicher Wär­ meausdehnung an den Bremsflächen und den übrigen Abschnit­ ten der Ringelemente 4 zu verwerfen, vereitelt wird. Die Zugspannung in den Durchsteckbolzen 5 ist so, daß gleich­ zeitig eine Wärmebewegung des Ringelements 4 in bezug auf die Radscheibe 3 möglich ist.

Um jedes Ringelement 4 in einer vorbestimmten Stellung am Rad zu halten, sind an entgegengesetzten Seiten der das Ringelement 4 halbierenden Ebene oder axialen Mittelebene an in beträchtlichem Abstand voneinander gelegenen Stellen ein Fixierelement 6 und ein Führungselement 9 symmetrisch angeordnet. Das Fixierelement 6 weist einen Stift auf, der in ein Loch in der Radscheibe 3 eingetrieben worden ist und an seinem herausragenden Ende eine darauf aufgesteckte festsitzende Muffe 7 hat. Die Muffe 7 ist mit satter An­ lage in einer kreisrunden Vertiefung 8 aufgenommen, die in die Rückfläche des Bremsscheiben-Ringelements 4 eingear­ beitet ist. Daraus ergibt sich, daß das Ringelement 4 an der Stelle des Fixierelements 6 gegen jegliche translato­ rische Bewegung in bezug auf das Rad fest verankert ist.

In ähnlicher Weise hat das Führungselement 9 einen Stift, der in ein Loch in der Radscheibe 3 eingetrieben worden ist. Es weist ein Paar Anflächungen auf, die an entgegen­ gesetzten Seiten ihres freiliegenden Endstückes ausgebil­ det sind, das verschieblich in eine schlitzförmige Ausneh­ mung eingreift, die in die Rückfläche des Ringelements 4 eingearbeitet ist, von überwiegender Längsausdehnung ist und sich in ihrer Längsrichtung zum Fixierelement 6 hin erstreckt. Gemäß Fig. 1 und 2 wird die schlitzförmige Aus­ nehmung erzielt durch spanendes Einarbeiten einer kreis­ runden Ausnehmung in das Ringelement 4 und Einsetzen eines Paares kreissegmentförmiger Füllstücke 10 aus gehärtetem Stahl in diese Ausnehmung. Die Füllstücke 10 dienen dazu, sowohl die Berührungsbeanspruchungen zwischen dem Stift des Fixierelements 9 und dem Ringelement 4 zu verringern als auch die spanende Bearbeitung zum Herstellen des Schlitzes zu vereinfachen.

Durch Ausrichten des Schlitzes auf das Fixierelement 6 wird der Wärmeausdehnung und Zusammenziehung des Ring­ elements 4 in bezug auf das Rad durch die feststehenden Stifte der Fixierelemente 6 und 9 nicht entgegengewirkt, und es werden übermäßige Wärmespannungen im Ringelement 4 und im Rad vermieden.

Gemäß Fig. 2 werden von den Elementen 6 und 9 zwei Ring­ elemente 4 an entgegengesetzten Seiten der Radscheibe 3 fixiert. Die beiden Fixierelemente 6 der an jeder Stirn­ fläche der Radscheibe 3 befestigten Ringelemente 4 sind spiegelbildlich zu den beiden Ringelementen 4 jeder Brems­ scheibe diametral einander gegenüber angeordnet, so daß der ganze Ring in seiner Drehbewegung ausgeglichen bleibt, selbst wenn sich die getrennten Ringelemente 4 infolge Wärmebewegung in außermittige Stellungen verlagern. Die von den beiden Ringelementen 4 herrührenden Unwuchtkräfte sind einander entgegengesetzt und heben sich gegenseitig auf.

Im Betrieb der beschriebenen Rad-Bremsscheiben-Baugruppe setzt sich die am Schwerpunkt jedes Ringelements 4 wir­ kende Kraft aus einer radialen, nach außen gerichteten Zentrifugalkraft und einer damit kombinierten Drehstoß­ kraft mit etwa der Hälfte ihrer Größe zusammen. Die sich daraus ergebende, nach außen gerichtete Schwingungskraft erzeugt im Ringelement 4 Spannungen, die an den Ebenen c-d, die das Ringelement 4 halbieren, und den Ebenen e-f und g-h durch die Fixier- bzw. Führungselemente 6 und 9 Höchstwerte aufweisen. Die Spannungen an diesen Ebenen c-d, e-f und g-h können beträchtlich herabgesetzt werden, wenn die Fixier- und Führungselemente 6 und 9 der Ring­ elemente 4 in Ebenen a-b angeordnet sind, die zur axialen Symmetrieebene c-d der Ringelemente 4 parallel in einem Abstand voneinander liegen, der den zweifachen mittleren Radius R der Ringelemente 4 beträgt, wie in Fig. 1 einge­ zeichnet.

Die in Fig. 4 dargestellte abgewandelte Ausführungsform eines Führungselements ist anstelle des Führungselements 9 verwendbar. Es wird ein runder Stift 11 ohne Anflächungen verwendet, der in ein rundes Loch oder eine runde Aus­ nehmung 12 von größerem Durchmesser in der Rückfläche des Ringelements 4 eingreift. In der Ausnehmung 12 ist ein einzelnes Füllstück 13 aus gehärtetem Stahl an der der Radachse am nächsten gelegenen Seite des Stiftes 11 und so angeordnet, daß seine ebene Fläche zum Stift des Fixier­ elements 6 linear ausgerichtet ist. Zwischen dem Stift 11 und der Ausnehmung 12 ist an der dem Füllstück 13 ent­ gegengesetzten Seite eine kleine Lücke x belassen, die entsprechend größere Wärmebewegungen der Ringelemente 4 am Stift 11 in Richtung des Fixierelements 6 zuläßt. Durch die Zentrifugalkräfte ist gewährleistet, daß der Stift 11 stets in Anlage am Füllstück 13 bleibt.

Die Verwendung von Stiften für die Elemente 6 und 9 ist nicht wesentlich; an ihrer Stelle sind andere Hilfsmittel, z. B. Bolzen, verwendbar. Ein Führungselement mit einem Bolzen 15 ist in Fig. 5 und 6 dargestellt. Der Bolzenkopf ist in einer becherförmigen Zwischenscheibe 16 angeordnet, die auf den Bolzen aufgesteckt ist und an einer Seite eine kleine Anflächung aufweist. Der Bolzen 15 durchdringt ein Loch in der Radscheibe 3 und ist in eine Mutter 17 einge­ schraubt, die außen der Zwischenscheibe 16 ähnlich gestal­ tet ist. Die Zwischenscheibe 16 und die Mutter 17 sind je zusammen mit einem Füllstück 18 in einer kreisrunden Aus­ nehmung in der Rückfläche des zugehörigen Ringelements 4 aufgenommen, wobei die Anflächungen an der Zwischenscheibe 16 und der Mutter 17 an der ebenen Fläche der Füllstücke 18 anliegen und zwischen sowohl der Zwischenscheibe 16 als auch der Mutter 17 und der zugehörigen Ausnehmung an der der Anflächung abgewandten Seite eine Lücke belassen ist, so daß dieses Führungselement im Betrieb dem Führungs­ element gemäß Fig. 4 genau gleichwertig ist.

Gemäß Fig. 5 ist um die Zwischenscheibe 16 an ihrer dem Füllstück 18 abgewandten Seite ein Dichtungsstreifen 19 angeordnet. Durch die Verwendung von verschiedenen Füll­ stücken 18 und/oder Dichtungsstreifen 19 läßt sich ein bestimmter Grad der Ausgeglichenheit bzw. Auswuchtung der Drehbewegung der Ringelemente 4 erzielen.

Claims (4)

1. Schienenrad mit axial beidseitig an der Radscheibe (3) angeordneten Bremsscheiben aus im wesentlichen halbring­ förmigen Ringelementen (4), die in zur Drehachse symme­ trischer Anordnung durch mehrere die Radscheibe (3) mit Spiel durchdringende Befestigungselemente (5) verspannt sowie jeweils mittels eines gegen translatorische Bewegung sichernden Fixierelements (6) und eines Führungselements (9) gehalten sind, das eine Bewegung im wesentlichen in Richtung zu und von dem Fixierelement (6) weg ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierelement (6) und das Führungselement (9) eines jeden Ringelements (4) auf entgegengesetzten Seiten der das Ringelement (4) halbierenden axialen Ebene (c-d) sym­ metrisch zu dieser angeordnet sind und einen größeren Um­ fangsabstand zu dieser Ebene (c-d) als zu dem nächstlie­ genden Ende des Ringelements (4) aufweisen.

2. Schienenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixier­ element (6) und das Führungselement (9) eines jeden Ring­ elements (4) in zur halbierenden axialen Ebene (c-d) parallelen Ebenen (a-b) angeordnet sind, deren Abstand voneinander etwa das Zweifache des mittleren Radius (R) des Ringelements (4) beträgt.

3. Schienenrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fixierelemente (6) und die beiden Führungselemente (9) der zwei Ringelemente (4) auf derselben Seite der Radscheibe (3) sich diametral gegenüberliegen.

4. Schienenrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der das Füh­ rungselement (9) aufnehmende Führungsschlitz eines jeden Ringelements (4) von wenigstens einem kreissegmentförmigen Füllstück (10) begrenzt ist, das in eine kreisrunde Ver­ tiefung (8) im Ringelement (4) eingesetzt ist.