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Bremsscheibe und Verfahren zu ihrer
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Herstellung Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe nach dem Gattungsbegriff
des Patentanspruches 1 als auch ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
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Linie Verbindung zwischen einer aus Stahl gefertigten Nabe und einer
aus Grauguß bestehenden Reibscheibe unterliegt während des Betriebs einer starken
Beanspruchung; die Ursache für einen wesentlichen Anteil dieser Beanspruchung sind
die insbesondere bei Hochléistilnyshremseinrichtungen an der Bremsscheibe auftretenden
hohen Temperaturen, bei welchen die bestehenden Verbindungen, insbesondere in radialer
Richtung, ein nchgiebiges Verhalten aufweisen müssen. Einen weiteren, nicht unwesentlichen
Anteil der Beanspruchung der Verbindung stellen die den Reibscheibenkörper treffenden
Beschleunigungskräfte dar, wie sie von Schienenkreuzungen und Weichen und insbesondere
von im schlechten Zustand befindlichem Gleisunterbau herrühren. Derartigen thermischen
Belastungen und Einwirkungen infolge des Auftretens von eschleunigungskräften kommt
besondere Bedeutung zu, wenn die Verbindungen bei sogenannten Vollscheiben zu gestalten
sind. Bei derartigen Vollscheiben, also bei durchgehend massiven Bremsscheiben,
vorzugsweise aus Grauguß, besteht nicht die Möglichkeit, einzelne Reibscheibensegmente
durch Verschraubung zu verbinden. Aus diesem Grund ist den Verbindungei der Voll-
scheibe
im Bereich der mit der Welle verbindbaren Nabe besondere Bedeutung beizumessen.
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Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Bremsscheibe,
insbesondere eine aus zumindest zwei Segmenten bestehende Vollscheibe im Bereich
der Verbindung mit einer Nabe so auszugestalten, daß die Bremsscheibe den dynamischen
Belastungen standzuhalten vermag, welche infolge der Wärmeausdehnungen und infolge
hoher Beschleunigungskräfte auftreten können. Insbesondere soll dabei sichergestellt
sein, daß die Reibscheibensegmente während der Erwä rmun g und nach Abkühlung ihre
Zentrierung relativ zum Natrenkörper und relativ zu der den Nabenkörper tragenden
Welle beibehalten.
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Es soll gleichzeitig ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen,
zur Verbindung mit einem Nabenkörper geeigneten Bremsscheibe, insbesondere Vollscheibe,
geschaffen werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale nach dem Kennzeichnungsteil
des Patentanspruches 1; für die Herstellung einer derartigen Breisscheibe dienen
die Verfahrensmerkmale nach dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 5.
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Die Brenlsscheit)e nach der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß
die Segmente der Bremsscheibe nicht nur mittels Schraubverbindung Illit dem Naben
körper verbunden sind, sondern daß zusätzlich zwischen Bremsscheibenkörper und Nabenkörper
ein gegenseitiger Eingriff mittels Zentrier-
bund besteht, wobei
die Fertigung des B rems s chei benkörpers nach dem erfindungsgemäBcn Verfahren
so gewählt ist, daß im kalten Montagezustand an den Segmentenden bzw. -flügeln ein
Luftspalt zwischen dem Zentrierbund des Nabenkörpers und dem radial innerhalb befindlichen
Zentrierbund des Bremsscheibenkörpers besteht. Da die einzelnen Segmente bzw. Abschnitte
des Bremsscheibenkörpers vorzugsweise mittig mittels einer spielfreien Passschraube
gehalten sind, können die Flügel der Segmente entsprechend dem vorbestimmten Abstand
zwischen dem Zentrierbund-Körpern ein radiales Ausdehnen erfahren, welches durch
die Anlage des kreissymmetrisch angeordneten Zentrierbundes am Nabenkörper begrenzt
ist.
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Die Konstruktion der erfindungsgemäßen Verbindung ist sehr einfach,
d.h. kostensparend ausgebildet. Die absolut kreissymmetrische Zentrierung des Scheibenkörpers
bezüglich des Nabenkörpers ist dadurch sichergestellt, daß die Flügel bzw. Enden
der Reibscheibensegmente bei zunehmender Erwärmung ein vorgegebenes, dem Luftspalt
entsprechendes Spiel besitzen'd.h., daß keinerlei durch Wärmedehnungen verursachte,
unerwünschte Spannungen im Bereich der Schraubverbindungen auftreten können. Die
Erfindung ist nicht auf die zweiteilige Konstruktion einer Bremsscheibe beschränkt,
d.h. der der Erfindung ei gene Gedanke kann auch bei mehrteiliger Konstruktion der
Vollscheibe zur Anwendung gebracht werden.
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Die Herstellung einer derartigen Vollscheibe bzw. ihrer Segmente ist
gleichfalls als unkompliziert anzusehen, wobei mit herkömmlichen Trenn- und Drehwerkzeugen
gearbeitet werden kann, um die bewußt gewählte Verzerrung der Kreissymmetrie des
Zentrierbunds des Bremsscheibenkörpers relativ zum absolut kreissymmetrisch bestehenden
Zentrierbund des Nabenkörpers herbeizuführen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Bremsscheibe
als auch des Verfahrens zu ihrer Herstellung sind in weiteren Ansprüchen aufgeführt.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
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Figur 1 ist eine Teil-Draufsicht auf die erfindungsgemäße Bremsscheibe,
wobei die obere Ansichtshälfte die Bremsscheibe ohne Nabenschulter des Nabenkörpers
wiedergibt, während die untere Ansichtshälfte die vollständige Bremsscheibe einschließlich
Nabenschulter des Nabenkörpers wiedergibt; Figur 2 ist eine Schnittansicht von Linie
II - II in Fig. 1; Figur 3 ist eine Schnittansicht von Linie III -III in Fig. 1;
Figur 4 ist eine schematische Ansicht einer zweigeteilten Bremsscheibe unter Darstellung
der Kreisversetzung nach dem Durchtrennen des Scheibenkörpers; Figur 5 ist eine
schematische Ansicht unter Darstellung des Luftspalts zwischen dem Zentrierbund
des Nabenkörpers und dem Zentrierbund der Bremsscheibe, wobei der kalte Montagezustand
wiedergegeben ist; und
Figur 6 ist eine der Fig. 5 vergleichbare
Ansicht unter Wiedergabe der relativen Zuordnung der Zentrierbund-Körper im erhitzten
Zustand der Bremsscheibe.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist in teilweise gebrochen wiedergegebener
Draufsicht eine Reibscheibe 1 mit ihren Reibscheibenhälften 3 und 5 dargestellt;
die Reibscheibe ist als unbelüftete Wellenbremsscheibe ausgebildet, d.h. sie besteht
als eine sogenannte Vollscheibe mit Reibflächen 7 und 9 (Fig. 2). Die Reibscheibe
1 ist gemäß den Figuren 1 - 3 mit einem Nabenkörper 11 verbunden, welcher auf einer
Welle 13 durch ein an sich bekanntes Aufpressen oder dergleichen Befestigungsvorgang
fixierbar ist. Bei der Welle 13 handelt es sich um die Welle eines Schienenfahrzeugs,
eines Nutzfahrzeugs oder auch um die Welle einer industriellen Anlage beliebiger
Art.
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Die Reibscheibe 1, d.h. deren Reibscheibenhälften 3 und 5, sind durch
Schraubverbindung mit dem Nabenkörper 11 verbunden, wobei der Nabenkörper 11 und
die Reibscheibe 1 in nachfolgend beschriebener Weise ineinander eingreifen (Fig.
2). Zu diesem Zweck ist m Nabenkörper ein Zentrierbund 15 vorgesehen, welcher durch
eine irn Schnitt U-förmige ung Hinterdreh gebildet ist. Der Zentrierbund 15 besitzt
eine Tiefe t(Fig. 2), deren Abmessung von der Belastung abhängig ist, welcher die
Reibscheibe bzw. Bremsscheibe ausgesetzt wird. Durch entsprechende Dimensionierung
der Tiefe t kann die Flächenpressung am Zentrierbund optimal gestaltet werden. Der
Zentrierbund greift in eine an der
Reibscheibe 1 ausgebildete Zentriernut
17 ein, welche gemäß der Erfindung in nachfolgend beschriebener Weise gefertigt
wird.
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Die Schraubverbindung der Reibscheibe mit dem Nabenkörper besteht
pro Reibscheibenhälfte 3 bzw. 5 im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer sogenannten
Passschraube 19 und aus mehreren Durchgangsschrauben 21. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 sind pro Reibscheibenhälfte vier Durchgangsschrauben 21 vorgesehen.
Die Passschraube 19 besitzt in bekannter Weise einen zylindrischen, geschliffenen
Schaft, der in ein ausgeriebenes Schraubloch 23 dir Reibscheibe genau eingepasst
ist. Im Gegensatz hierzu besitzen die Durchgangsschrauben 21 ein gewisses Spiel
gegenüber dem sie aufnehmenden Schraubloch 25, wie in den Figuren 1 und 3 veranschaulicht
ist. Der Kopf 27 und die Mutter 29 der Durchgangsschrauben 21 liegen je an einer
Spannscheibe 31 (Fig. 3) an. Die Spannscheiben 31 sind hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise
den Tellerfedern vergleichbar; bei der Montage der Reibscheibenhälften 3 und 5 wird
durch Anziehen der Mutter 29 bzw.
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des Kopfes 27 der Durchgangsschrauben, also durch ein bestimmtes vorgegebenes
Anziehdrehmolllent/eiri Drittel ihres verfiigh.lren Feclerweges belassen (siehe
Fig. 3), so daß sich der Kopf 27 bzw. die Mutter 29 über die verbliebene Kuppe der
an ihnen anliegenden Spannschei be neigen bzw.
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bewegen können. Es ist demnach eine gewisse Schrägstellung der Durchgangsschrauben
21 in ihren mit Spiel versehenen Schrdublõchern 25 moglich. Eine derartige Schrägstellung
kann dann eintreten, wenn die Flügel, d. h. die beiden Enden der Reibscheibenhälften
3 und 5 bei zunehmender Erwarnung beginnen, radial nach außen zu wandern, wobei
die konstante Zentrierurlg in der Mitte zwischen den beiden Enden der Reibscheibenhälften
jeweils durch die Passschraube 19 vorgegeben ist.
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Ein Vergleich der Figuren 2 und 3 der Zeichnung läßt erkennen, daß
der Zentrierbund 15 in der Schnittebene nach Fig. 2 eine relative Zuordnung zur
Zentriernut 17 besitzt, die sich von derjenigen der Schnittebene nach Fig. 3 unterscheidet.
Mit anderen Worten, in Fig. 3 ist veranschaulicht, daß der in die Zentriernut eingreifende
Zentrierbund 15 einen geringen Abstand d gegenüber der Außenfläche des radial innerhalb
bestehenden Zentrierbundes 33 der Reibscheibenhälften besitzt, wobei die Schnittansichten
von Fig.2 und 3 die relative Zuordnung im kalten Zustand der Reibscheibe wiedergeben.
Somit liegen die Innenkante 35 und die Außenkante 37 der Zentriernut 17 in der Schnittebene
nach Fig. 3 näher am Mittelpunkt 39 der Reibscheibe als in der Schnittebene nach
Fig. 2, die Zentriernut 17 läuft also geringfügig elliptisch. Da der Zentrierbund
15 des Nabenkörpers 11 absolut symmetrisch rund verläuft, besteht infolge des Eingriffs
des Zentrierbunds 15 in die Zentriernut 17 im Bereich der Schnittebene nach Fig.
3 ein geringer Spalt zwischen dem Zentrierbund 15 des Nabenkörpers und der Innenkante
35 der Zentriernut 17 (gemäß Fig. 3), wobei dieser Luftspalt im Bereich der Teilung
der Reibscheibe den größten Abstand d besitzt und in Richtung der Schnittebene nach
Fig. 2 allmählich abnehmend /enkJért 0 erreicht.
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Die vorbeschriebene geometrische Anordnung wird wie folgt erreicht:
Zunächst wird die Reibscheibe als Cießteil, z.B. aus Grauguß bestehend, bis auf
den Zentrierbund 15 einteilig fertig bearbeitet. Nachfolgend wird die Reibscheibe
mit einem herkömmlichen Fräser einer Arbeitsbreite von beispielsweise 2,5 mm getrennt,
d.h. in die beiden Reibscheibenhälften 3 und 5 aufgeteilt. Nach diesem Trennen wird
in die zwischen den Reibscheibenhälften 3 und 5 bestehende Trennfuge eine sogenannte
Blechbeilage einge-
legt, welche dünner ist als die Trennfuge,
so zum Beispiel um 1 mm dünner. Liegen die beiden Reibscheibenhälften 3 und 5 jeweils
auf der ihr zugewandten Fläche der Blechbeilane an, dann erfahren die beiden Reibscheibenhälften
notwendigerweise eine geometrische Umgestaltung, d.h. die Reibscheibe 1 ist entlang
der Y-Achse nach Fig. 4 abgeflacht, d.h. in Richtung der X-Achse leicht elliptisch
gestreckt. Die Differenz zwischen der ursprünglichen Größe der Trennfuge entsprechend
Fräserbreite und der Dicke der dünneren Blechbeilage bestimmt diese leicht elliptische
Umgestaltung der Reibscheiben, wenn die Reibscheibenhälften, wie vorstehend dargetan,
jeweils an der ihr zugewandten Fläche der Dl echbei lage 41 (Fig. 4) anliegen. Als
Blechbeilage sei jedes beliebige Abstandselement verstanden, welches zwischen die
beiden Reibscheibenhälften, d.h. in die Trennfuge zwischen ihnen, eingebracht werden
kann Wird die Reibscheibe 1 in ihrer durch ausgezogene Linien dargestellten, elliptisch
etwas verzerrten Zuordnung der Reibscheibenhälften 3 und 5 nunmehr in eine Drehbank
eingespannt, dann kann der Zentrierbund 33 gedreht werden.
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Die Zentriernut 17 wird hierbei normalerweise rinssynlnletrisch aus
der Reibscheibe herausgedreht. Infolge der Abflachung der Reibscheibenhälften entlang
der Y-Achse liegt der Punkt Yi (Fig. 4) näher zum Punkt Ya als der Punkt Xi zum
Punkt Xa.
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Zum Zwecke der Montage der beiden Reibscheibenhälften 3 und 5 auf
dem Nabenkörper 11 wird die zuvor erläuterte elliptische Verformung u wieder korrigiert,
d .h. es wird z.B. wiederum ein Abstand zwischen den Reibscheibenhälften vorgesehen,
welcher der ursprünylichen Trennfuge gemäß Fräserbre te en Lspri ctit . Fig. 4 läßt
erkennen, daß die Punkte Yi und Ya radial wieder etwas nach außen wandern,
während
die Punkte Xi und Xa hierbei ihren radialen Abstand beibehalten. Die vorbes ch ri
benc geometrische Verzerrung des Reibscheibenkreises und die nach dem Ausdrehen
der Zentriernut während der Montage durchgeführte Korrektur dieser Verzerrung werden
so gewählt, daß nunmehr im Montagezustand die Zentrierbünde 15 und 33 in der in
Fig.2 dargestellten Weise im Bereich der Schnittebene II-II aneinanderliegen. Da
der alte Ring- oder Kreiszustand der Reibscheiben während der Montage wieder herbeigeführt
wird, verbleibt eine Kreisverzerrung der Zentriernut 17, derart, daß diese im Bereich
der X-Achse radial näher am Mittels punkt 39 liegt als im Bereich der V-Achse, wo
der Abstand d den Wert 2 einnimmt (siehe Fig. 1). Mit anderen Worten, im Bereici/X-Achse
bzw. -Ebene,aber auch in den Schnittebenen zwischen der Y-Achse und der X-Achse
verbleibt zwischen dem Zentrierbund 33 der Reibscheibe 1 und dem Zentrierbund 15
des Nabenkörpers ein Luftspalt (im kalten Zustand), welcher vom maximalen Abstand
entlang der X-Achse bis zum minimalen Abstand, d.h. O-Abstand entlang der Y-Achse
abnimmt. Die Bohrungen für die Passschrauben bzw. für die Durchgangsschrauben werden
natürlich vollkommen kreissymmetrisch gebohrt bzw. aufgerieben, vorzugsweise dann,
wenn die Reibscheibe auf den Nabenkörper aufgepreßt ist. Wie vorstehend bereits
ausgeführt wurde, sind bei der Ausführungsform nach Fig. 1 zwei Durchgangsschrauben
im Bereich der Y-Achs e vorgesehen, während die weiteren Schraut)erl als Passschrauben
mit Spiel bestehen (siehe die Schnittdarstellung nach Fig. 3).
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Die Figuren 5 und 6 veranschaulichen, auf welche Weise die beiden
Reib^cheibenhälften 3 und 5 während des Betriebs und unter Berücksichtigung des
Luftspalts im Bereich der Achse X-Achse bzw. in den Bereichen zwisc'ender X- und
der Y-Achse atmen:I. Im kalten Zustand sind die beiden Reibscheibensegmente bzw.
-hälften 3 und 5 am ganzen Innendurchmesser,
d. h. , anliegend
am Nabenkörper 11, zentriert. Wie vorstehend erläutert wurde, besteht bei beiden
Reibscheibenhälften ein gewisser Abstand d zwischen dem Zentrierbund 33 der Reibscheibenhälften
und dem Zentrierbund 15 des Nabenkörpers, wobei dieser Abstand von der X-Achse in
Richtung der Y-Achse bis auf den Wert 0 abnimmt. In Fig. 5 ist der im kalten Zustand
bestehende Luftspalt mit der Bezeichnung L1 wiedergegeben. Bei Verwendung der Reibscheibe,
also während eines Bremsvorganges, heben infolge zunehmender Erwärmung die Außenfl
ügel der Reibscheibenhälften 3 und 5 am Innendurchmesser, also vom Außenumfang des
Nabenkörpers 11s ab. Durch dieses Abheben entsteht eine Verlagerung des Luftspaltes,
d.h. während sich der Luftspalt L1 schließt, da sich der Zentrierbund 33 der Reibscheibenhälften
zunehmend an den Zentrierbund 15 des Nabenkörpers 11 anlegt, entsteht a;it Außenumfang
des Nabenkbrpers ein Luftspalt L2 (Fig. 6), welcher in gleicher Weise wie der Luftspalt
L1 von der X-Achse in Richtung der Y-Achse, also im Bereich des 90°-Winkels, abnimmt
und auf der Y-Achse den Wert 0 besitzt. Die beiden Flügel der Re-ibscheibenhälften
führen denach während zunehmender Erwärmung der Reibscheibe eine nach außen gerichtete
Schwenkbewegung aus, da diese Bewegung infolge des losen Sitzes der Durchgangsschrauben
entsprechend ihrem Spiel nicht gehindert ist. Hierbei kann sich, wie vorstehend
erwähnt ist, eine geringfügige Schrägstellung der Durchgangsschrauben 21 ergeben
, in dem Maße in welchem sich die Verlagerung des Luftspaltes ergibt.
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Da sich die Passschraube 19 ohne Spiel durch die Reibscheibe und durch
den Nabenkörper erstreckt, wirkt sie als Drehpunkt, um welchen die Flügel der Reibscheibenhäl
ften ihre Schwen kbewegun gen auszuführen vermögen. Gleichzeitig übernimmt die Pass
s c h raub e einen Teil des anliegenden Bremsmoments und trägt dazu bei , daß die
beiden Trennfugen der Reibscheibenhälften ausgem-ittelt bleiben, d.h. jeweils symmetrisch
gleichen Abstand besitzen.
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Die Reibscheibe nach der vorliegenden Erfindung ist infolge des vorbeschriebenen
Au fbd nes dbe r aiich infolge der ein -fachen Fertigung der Teile als billig anzusprechen.
Es ist eine konstante Zentrierung bei jeder Temperatur möglich.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt,
d.h. es können auch mehr oder weniger Durchgangsschrauben verwendet werden; es -ist
auch möglich, den erfindungsgemäßen Gedanken bei einer Reibscheibe zu verwirklichen,
welche beispielsweise aus drei Segmenten zusammengesetzt ist.
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Bezugszeichenliste 1 Reibscheibe 3 Reibscheibenhälfte 5 Reibscheibenhälfte
7 Reibfläche 9 ReibFläche 11 Nabenkörper 13 Welle 15 Zentrierbund 17 Zentriernut
19 Passschraube 21 Durchgangsschraube 23 Schraubloch 25 Schraubloch 27 Kopf 29 Mutter
31 Spannscheibe 33 Zentrierbund 35 Innenkante 37 Außenkante 39 Mittelpunkt 41 Blechbeilage
t Tiefe d Abstand L1 Luftspalt L2 Luftspalt
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