DE3320543A1 - Brake disc, especially axle-mounted brake disc for rail vehicles - Google Patents

Brake disc, especially axle-mounted brake disc for rail vehicles

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DE3320543A1 DE19833320543 DE3320543A DE3320543A1 DE 3320543 A1 DE3320543 A1 DE 3320543A1 DE 19833320543 DE19833320543 DE 19833320543 DE 3320543 A DE3320543 A DE 3320543A DE 3320543 A1 DE3320543 A1 DE 3320543A1
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Abstract

In the case of a brake disc, especially an axle-mounted brake disc for rail vehicles, cast iron or a cast iron alloy is proposed as material for the rotational body formed in one piece. The friction ring (1) of the brake disc comprises two friction ring halves (3, 5) connected to one another by ribs (7), on which halves the friction surfaces (9, 11) are formed. The friction ring (1) is connected to the hub (15) of the brake disc by means of spokes (13); the hub is in turn formed from hub sections (17), which are each separated one from another by a slot (19). <IMAGE>

Description

Bremsscheibe, insbesondere Wellen- Brake disc, especially shaft

bremsscheibe für Schienenfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1. brake disc for rail vehicles The invention relates to a brake disc according to the generic term of claim 1.

Bremsscheiben für Scheibenbremsanlagen von Schienenfahrzeugen bestehen im allgemeinen aus einem Reibring und einem Nabenkörper, welche mittels radialer Speichen miteinander verbunden sind, zum Beispiel durch Spannhülsenverbindungen etc. Bekannt sind auch aus einem Stück gefertigte Bremsscheibenkörper, welche aus Stahl oder aus Sphäroguß-Material bestehen. Aus einem Stück bestehende Bremsscheibenkörper dieser Art werden auch als Monoblock-Bremsscheiben bezeichnet. Die Verwendung von Stahl oder von Sphäroguß für die Herstellung von Bremsscheiben von Schienenfahrzeugen ist mit gewissen Problemen des Wärmeverhaltens und/oder der Herstellung verbunden. So ist es bei Bremsscheiben der in Rede stehenden Art im allgemeinen erforderlich, durch konstruktive Maßnahmen dem Umstand Rechnung zu tragen, daß sich die den Reibring mit der Nabe verbindenden Speichen thermisch anders verhalten als der Reibringkörper selbst. Es treten hierbei insbesondere im Bereich des übergangs zum Nabenkörper und im Bereich der Verbindung zum Reibringkörper thermisch bedingte Spannungsprobleme auf.Brake discs for disc brake systems of rail vehicles exist generally from a friction ring and a hub body, which by means of radial Spokes are connected to one another, for example by clamping sleeve connections etc. Also known are brake disc bodies made from one piece, which are made from Steel or nodular cast iron material. One-piece brake disc body of this type are also known as monoblock brake discs. The usage of Steel or nodular cast iron for the manufacture of brake disks for rail vehicles is associated with certain thermal behavior and / or manufacturing problems. In the case of brake disks of the type in question, it is generally necessary to to take into account the fact that the friction ring with the hub connecting spokes behave thermally differently than the friction ring body itself. It occurs in particular in the area of the transition to the hub body and thermal stress problems in the area of the connection to the friction ring body on.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine baulich einfache Bremsscheibe zu schaffen, welche als Monoblock-Bremsscheibe hergestellt werden kann und welche hinsichtlich thermischer Belastung als auch hinsichtlich der Aufnahme mechanischer Spannungszustände den gesetzten Erfordernissen genügt.Based on this, the object of the invention is to provide a structurally easy to create brake disc which as a monoblock brake disc can be produced and which in terms of thermal stress as well as in terms of the absorption of mechanical stresses satisfies the set requirements.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale nach dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1.The features after the identification part serve to solve this problem of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren Unteransprüchen aufgezeigt.Advantageous refinements and developments are in further Subclaims shown.

Die als Monoblockscheibe ausgebildete Bremsscheibe in ihrer beanspruchten Formgebung kennzeichnet sich durch diejenigen günstigen Eigenschaften von Graugußmaterial bzw. Graugußlegierungen, derart, daß diesem Material, auch bei Anwendung an Bremsscheiben der in Rede stehenden Art, eine drei- bis fünfmal höhere Druckfestigkeit als Zugfestigkeit zukommt, ferner eine dreimal höhere Druckschwellfestigkeit als Zugfestigkeit und das vorteilhafte Verhalten, daß gegenüber Stahl bei gleicher Spannung ca. doppelte elastische Dehnung vorliegt.The brake disc designed as a monoblock disc in its claimed Shaping is characterized by the favorable properties of gray cast iron or gray cast alloys, so that this material, even when used on brake discs of the type in question, a compressive strength three to five times higher than tensile strength is also a three times higher compressive strength than tensile strength and the advantageous behavior that compared to steel with the same tension approx. double elastic elongation is present.

Infolge der großen elastischen Dehnung des Materials ergeben sich relativ große radiale Wege, insbesondere im Bereich der verbindenden Speichen.As a result of the great elastic stretching of the material relatively large radial paths, especially in the area of the connecting spokes.

Infolge der durch Schlitzung vorgenommenen Aufteilung des Nabenkörpers in mehrere einzelne Nabenabschnitte ist die Möglichkeit gegeben, die Nabe ohne Bruchgefahr auf einer Welle mit übermaß aufzuziehen bzw. aufzuschrumpfen. Aus Graugußlegierungen bestehende Monoblockscheiben gemäß der Erfindung erweisen sich darüber hinaus als billiger gegenüber Sphäroguß-Bremsscheiben, sie besitzen zudem bessere Reibeigenschaften und besseres Thermoschockverhalten als Sphäroguß-Scheiben. Von besonderer Bedeutung ist der Umstand, daß Grauguß-Bremsscheiben nach der Erfindung thermisch höher belastbar sind als vergleichbare Sphäroguß-Scheiben; insbesondere ist eine schnelle Aufheizung der Speichen infolge der besseren Wärmeleitfähigkeit ermöglicht, d.h., daß die Gefahr von thermisch bedingten Rissen und Bruchzuständen reduziert ist.As a result of the division of the hub body made by slotting the hub can be split into several individual hub sections without the risk of breakage to pull or shrink on a shaft with oversize. Made of gray cast alloys existing monoblock disks according to the invention also prove to be cheaper than nodular cast iron brake disks, they also have better friction properties and better thermal shock behavior than nodular cast iron disks. Really important is the fact that cast iron brake disks according to the invention can withstand higher thermal loads are than comparable nodular cast iron disks; in particular is rapid heating of the spokes due to the better thermal conductivity, i.e. that the danger of thermally induced cracks and fractures is reduced.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.The invention is described below using exemplary embodiments Explained with reference to the accompanying drawing.

Figur 1 ist eine Teilschnittansicht einer Bremsscheibe nach der Erfindung unter Darstellung der mehrteiligen Nabe; Figur 2 ist eine Schnittansicht von Linie II-II in Fig. 1; und Figur 3 ist eine der Fig. 1 vergleichbare Schnittansicht einer Bremsscheibe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.Figure 1 is a partial sectional view of a brake disc according to the invention showing the multi-part hub; Figure 2 is a sectional view from line II-II in Fig. 1; and FIG. 3 is a sectional view of a comparable to FIG Brake disc according to a further embodiment of the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte Bremsscheibe, welche als Monoblockscheibe bezeichnet wird, ist als ein einteiliger, aus einem Gußstück bestehender Rotationskörper gefertigt, welcher aus Grauguß bzw. einer Graugußlegierung besteht.The brake disc shown in Fig. 1, which as a monoblock disc is referred to as a one-piece body of revolution made from a casting made, which consists of gray cast iron or a gray cast iron alloy.

Die erfindungsgemäß aus Graugruß (GG) bestehende Bremsscheibe besitzt einen Reibring 1 mit den beiden Reibringhälften 3 und 5, welche durch Rippen 7 miteinander verbunden sind. Die Rippen 7 erstrecken sich unter einem vorbestimmten Abstand zueinander zwischen den Reibringhälften 3 und 5, derart, daß eine ausreichende Radialbelüftung des Reibrings 1 gegeben ist. Anstelle der in Fig. 1 und 2 dargestellten Formgebung und Zuordnung der Rippen 7 sind andere konstruktive Auslegungen denkbar.The brake disk made of gray cast iron (GG) according to the invention has a friction ring 1 with the two friction ring halves 3 and 5, which are connected by ribs 7 are connected. The ribs 7 extend at a predetermined distance from one another between the friction ring halves 3 and 5, such that there is sufficient radial ventilation of the friction ring 1 is given. Instead of the shape shown in FIGS and assignment of the ribs 7, other structural designs are conceivable.

An den beiden Reibringhälften 3 und 5, d.h. an den axial außen liegenden Reibflächen 9 und 11 derselben kommen die Bremsbacken mit ihrem Bremsbelag zur Anlage.On the two friction ring halves 3 and 5, i.e. on the axially outer halves The friction surfaces 9 and 11 of the same come into contact with the brake shoes with their brake lining.

Der Reibring 1 besitzt darüber hinaus unter einem vorbestimmten Winkelabstand zueinander radial sich erstreckende Speichen 13, welche ebenso wie die Rippen 7 einstückig mit den Reibringhälften 3 und 5 gegossen sind und aus Grauguß bestehen. Die Speichen 13 stellen die Verbindung zwischen dem Reibring 1 und der Nabe 15 her. Die Nabe 15 ist als ein mehrfach axial geschlitzter Innenring der Speichen 13 ausgebildet; im dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besteht die Nabe 15 aus mehreren Nabenabschnitten 17, welche jeweils mit zwei Speichen 13 einstückig gegossen sind. Da die Nabenabschnitte 17 jeweils durch einen durchgehenden axialen Schlitz 19 voneinander getrennt sind, besitzen sie eine gewisse Eigenbeweglichkeit, wie nachfolgend ausgeführt ist.The friction ring 1 also has a predetermined angular spacing spokes 13 which extend radially to one another and which, like the ribs 7 are cast in one piece with the friction ring halves 3 and 5 and are made of gray cast iron. The spokes 13 establish the connection between the friction ring 1 and the hub 15. The hub 15 is designed as an inner ring of the spokes 13 with multiple axially slits; In the illustrated embodiment according to FIG. 2, the hub 15 consists of several Hub sections 17 which are each cast in one piece with two spokes 13. Since the hub portions 17 each by a continuous axial slot 19 from each other are separated, they have a certain intrinsic mobility, as explained below is.

Die Schnittansicht nach Fig. 2 zeigt den Reibring 1 in seiner Montageposition auf einer Welle 20 . Es ist ersichtlich, daß sowohl der den Reibring 1 tragende Wellenbund 21 als auch die Nabe 15 leicht konisch ausgebildet sind, d.h., daß der Reibring 1 in der Darstellung nach Fig. 2 von links nach rechts gerichtet auf die Welle bzw.The sectional view according to FIG. 2 shows the friction ring 1 in its assembly position on a wave 20. It can be seen that both the friction ring 1 supporting Shaft collar 21 and the hub 15 are slightly conical are, i.e. that the friction ring 1 is directed from left to right in the illustration according to FIG. 2 on the shaft or

den Wellenbund 21 aufgezogen wird. Hierzu bedient man sich eines an sich bekannten Verfahrens. Nach dem Aufziehen des Reibrings 1 werden endseitig auf die Nabe 15 Spannringe 23 und 25 aufgeschoben, wonach die beiden Spannringe 23 und 25 mittels Spannschrauben 27 gegenseitig verspannt werden. Da auch die Spannringe 23 und 25 und die sie tragenden Außenflächen der Nabe 15 leicht konisch ausgebildet sind (Fig. 2), wird durch das gegenseitige Zusammenziehen der Spannringe ein radial nach innen gerichteter Druck auf die Nabe 15 und auf den Wellenbund 21 ausgeübt. Hierdurch erfolgt eine verstärkte Fixierung des Reibrings 1 auf der Welle 19 des Schienenfahrzeugs. Diese Fixierung reicht in jedem Fall aus, die zur Wirkung kommenden Bremsmomente zu übertragen.the shaft collar 21 is pulled up. For this one uses one known procedure. After pulling on the friction ring 1, the ends are on the hub 15 clamping rings 23 and 25 pushed on, after which the two clamping rings 23 and 25 are mutually braced by means of clamping screws 27. There are also the tension rings 23 and 25 and the outer surfaces of the hub 15 carrying them are slightly conical are (Fig. 2), is a radial through the mutual contraction of the clamping rings inwardly directed pressure is exerted on the hub 15 and on the shaft collar 21. This results in an increased fixation of the friction ring 1 on the shaft 19 of the Rail vehicle. This fixation is sufficient in any case that comes into effect To transmit braking torques.

Die Position und die Anzahl der Spannschrauben 27 ist dem jeweiligen Anwendungsfall anzupassen; Fig. 1 läßt erkennen, daß sich beispielsweise Spannschrauben jeweils durch zwei mit einem gemeinsamen Nabenabschnitt verbundene Speichen 13 erstrecken.The position and the number of the tensioning screws 27 is the respective one Adapt use case; Fig. 1 shows that, for example, clamping screws each extending through two spokes 13 connected to a common hub section.

Im Rahmen der Erfindung kann die Nabe 15 auch derart axial geschlitzt und demnach in mehrere Nabenabschnitte aufgeteilt sein, daß jeweils ein Nabenabschnitt mit einer Speiche 13 verbunden ist. Gleichermaßen ist es auch möglich, daß ein Nabenabschnitt drei Speichen trägt.In the context of the invention, the hub 15 can also be axially slotted in this way and accordingly be divided into several hub sections that each have a hub section is connected to a spoke 13. It is equally possible that a hub section carries three spokes.

Die Montage- und Betriebsverhältnisse des Reibrings auf der Welle sind wie folgt: Beim Aufschrumpfen bzw. Aufziehen der Nabe auf dem Wellenbund besteht ein Ubermaß des Wellenbunds von ca. 1 mm.The assembly and operating conditions of the friction ring on the shaft are as follows: When shrinking or pulling on the hub, insists on the shaft collar an oversize of the shaft collar of approx. 1 mm.

Demnach stehen in montiertem Zustand (ohne Spannringe) die Speichen 13 unter reiner Druckspannung, bedingt durch das vorgenannte Übermaß. Die Druckspannung kann eine Größe bis zur DruckdauerschwelFestigkeit besitzen. Bei thermischer Belastung, also im Betrieb der Bremsscheibe, darf sich der Reibring 1 je nach geforderter Gesamtlastspielzahl ausdehnen, bis die vorgenannte Rippenspannung den Wert Null einnimmt bzw. die Zugfestigkeit knapp erreicht wird (Bruchgrenze). Infolge der großen elastischen Dehnung des Graugußmaterials ergeben sich relativ große radiale Wege. Durch die beiden Spannringe 23 und 25 werden die Randbereiche der geschlitzten Nabe auf die Welle21 verspannt; hierdurch wird das Drehmoment mit ausreichender Sicherheit übertragen, auch dann, wenn die Speichen spannungsfrei oder infolge starker thermischer Belastung zugbelastet sind. Durch die gute Wärmeleitfähigkeit von Graugußlegierungen, wie sie für den Reibring 1 verwendet werden, erwärmen sich die Speichen 13 schnell, wodurch eine zusätzliche Längung der Speichen eintritt.Accordingly, the spokes are in the assembled state (without tension rings) 13 under pure compressive stress, due to the aforementioned oversize. The compressive stress can be a size to be resistant to pressure fatigue. at thermal load, i.e. during operation of the brake disc, the friction ring is allowed to move 1 depending on the required total number of load cycles, expand until the aforementioned rib tension assumes the value zero or the tensile strength is just reached (breaking limit). As a result of the great elastic expansion of the gray cast iron material, there are relative large radial paths. The two clamping rings 23 and 25 are the edge areas the slotted hub clamped on the shaft21; this increases the torque with transmit sufficient security, even when the spokes are free of tension or are subjected to tensile loads as a result of high thermal loads. Due to the good thermal conductivity of gray cast alloys, such as those used for the friction ring 1, heat up the spokes 13 quickly, whereby an additional elongation of the spokes occurs.

In Fig. 3 der Zeichnung ist ein Reibring 1 dargestellt, welcher seinem Aufbau nach dem Reibring nach den Fig. 1 und 2 gleicht. Anstelle der Spannringe 23 und 25 sind vergleichbare Spannringe 29 und 31 vorgesehen, welche vor dem Aufziehen bzw. Aufschrumpfen des Reibrings auf der Welle mittels Sicherungsringen 33 auf den Randbereichen der geschlitzten Nabe fixiert werden. Die Verspannung der Spannringe 29 und 31 gegenüber dem Wellenbund erfolgt durch das Aufziehen des Wellenbunds, welcher wiederum ein Übermaß von zum Beispiel 1tmm gegenüber der Nabe besitzt.In Fig. 3 of the drawing, a friction ring 1 is shown, which his Structure according to the friction ring according to FIGS. 1 and 2 is the same. Instead of the clamping rings 23 and 25, comparable clamping rings 29 and 31 are provided, which prior to opening or shrinking the friction ring onto the shaft by means of retaining rings 33 on the Edge areas of the slotted hub are fixed. The tension of the clamping rings 29 and 31 opposite the shaft collar is done by pulling on the shaft collar, which in turn has an oversize of, for example, 1 mm compared to the hub.

Claims (7)

Patentansprüche S Bremsscheibe, insbesondere Wellenbremsscheibe für Schienenfahrzeuge, welche als ein einstückiger Rotationskörper besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe aus Grauguß gefertigt ist. Claims S brake disc, in particular shaft brake disc for Rail vehicles, which exist as a one-piece body of revolution, thereby characterized in that the brake disc is made of gray cast iron. 2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet5 daß die Nabe (15) der Bremsscheibe aus mehreren, durch axial gerichtete Schlitze (19) voneinander getrennten Nabenabschnitten (17) besteht, und daß die Nabenabschnitte (17) mittels jeweils mindestens einer Speiche (13) mit dem Reibring (1) der Bremsscheibe verbunden sind. 2. Brake disc according to claim 1, characterized in that the Hub (15) of the brake disc from several, axially directed slots (19) from each other separate hub sections (17) consists, and that the hub sections (17) by means of at least one spoke (13) is connected to the friction ring (1) of the brake disc are. 3. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial außen liegenden Enden der Speichen (13) mit den den Reibring (1) bildenden,Reibflächen (9; 11) aufweisenden Reibringhälften (3; 5) verbunden sind. 3. Brake disc according to claim 1 or 2, characterized in that the radially outer ends of the spokes (13) with the friction surfaces forming the friction ring (1) (9; 11) having friction ring halves (3; 5) are connected. 4. Bremsscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibringhälften (3; 5) durch gegenseitigen Abstand besitzende Rippen (7) miteinander verbunden sind. 4. Brake disc according to one of the preceding claims, characterized in that that the friction ring halves (3; 5) by mutually spaced ribs (7) are connected to each other. 5. Bremsscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei Befestigung auf einer Welle, dadurch gekennzeichnet, daß auf den außenliegenden Randflächen der geschlitzten Nabe (15) Spannringe (23, 25) aufgesetzt sind, wobei die Spannringe durch axial sich erstreckende Spannschrauben (27) miteinander verbunden sind. 5. Brake disc according to one of the preceding claims, when fastening on a shaft, characterized in that on the outer edge surfaces the slotted Hub (15) clamping rings (23, 25) are placed, wherein the clamping rings are connected to one another by axially extending clamping screws (27) are connected. 6. Bremsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spannschrauben (27) jeweils axial durch den Freiraum zwischen zwei Speichen (13) erstrecken.6. Brake disc according to claim 5, characterized in that the tensioning screws (27) each axially through the space between two spokes (13) extend. 7. Bremsscheibe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei Befestigung auf einer Welle, dadurch gekennzeichnet, daß auf den außenliegenden Randflächen der Nabe durch Sicherungsringe (33) gesicherte Spannringe (29, 31) aufgebracht sind.7. Brake disc according to one of the preceding claims, with attachment on a shaft, characterized in that on the outer edge surfaces clamping rings (29, 31) secured by circlips (33) are attached to the hub.
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