DE3446058A1 - Ventilated brake disc with variable cooling - Google Patents

Ventilated brake disc with variable cooling

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DE3446058A1 DE19843446058 DE3446058A DE3446058A1 DE 3446058 A1 DE3446058 A1 DE 3446058A1 DE 19843446058 DE19843446058 DE 19843446058 DE 3446058 A DE3446058 A DE 3446058A DE 3446058 A1 DE3446058 A1 DE 3446058A1
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Abstract

The invention relates to a ventilated brake disc, in particular a brake disc for rail vehicles, where radial cooling air ducts are provided on the rear side of the brake ring and, if required, two brake rings together form a divided or undivided brake disc, the cooling air stream in the cooling air ducts being conveyed approximately radially and the inlet or outlet cross-section for the cooling air being varied as a function of the temperature of the cooling air flowing through the cooling air ducts, the inlet or outlet cross-section being completely closed below a limiting temperature.

Description

— 2 — Patentanwalt H L Jung, Augusta-Allse 10, 6380 Bad Hombur- 2 - Patent attorney H L Jung, Augusta-Allse 10, 6380 Bad Hombur

■" E-196S/8/f Jg/w-d--■ "E-196S / 8 / f Jg / w-d--

11f-. 12.19P411f-. 12.19P4

3A46053A4605

Belüftete Bremsscheibe mit veränderlicher KühlungVentilated brake disc with variable cooling

Die vorliegende Erfindung betrifft eine belüftete Bremsschei insbesondere für Schienenfahrzeuge, bei der auf der Rückseit des Bremsrings radiale Kühlluftkanäle vorhanden-sind und ge- ~--- - gebenenfalls zwei Bremsringe miteinander eine geteilte oder teilte Bremsscheibe bilden, wobei der Kühlluftstrom in den K luftkanälen etwa radial gefördert wird.The present invention relates to a ventilated brake disc especially for rail vehicles in which there are radial cooling air ducts on the back of the brake ring and ~ --- - if necessary, two brake rings with one another, a split or Form split brake disc, the cooling air flow in the air channels is promoted approximately radially.

Insbesondere bei den grossen Bremsscheiben der Schienenfahrzmuss die Antriebsleistung für die Eigenbelüftung auch über d: Zeit aufrecht erhalten werden, wo die Belüftung eigentlich n: mehr gebraucht wird, weil die Bremsscheibe soweit abgekühlt : •dass eine weitere Bremsung ohne Belagschäden'möglich ist.
Bedenkt man, dass die Ventilationsleistung eines IC-Reisezugwagens mit 8 Bremsscheiben bei 2oo km/h et v/a bei 12,8 kW und 250 km/h sogar schon bei 25,6 kV/ liegt und festgestellt wurde dass die Bremsscheiben nach einer Stop-Bremsung und anschliej sender Beschleunigung auf 2^o km/h v/ieder soweit abgekühlt si dass ohne Gefahr für die Bremsbeläge eine v/eitere BremsungIn particular with the large brake disks of rail vehicles, the drive power for the self-ventilation must be maintained over a period of time when the ventilation is actually needed n: more, because the brake disk has cooled down to the extent that: • further braking without lining damage is possible.
If you consider that the ventilation output of an IC passenger coach with 8 brake disks at 2oo km / h and v / a at 12.8 kW and 250 km / h is even 25.6 kV / and it was determined that the brake disks after a stop braking is possible and anschliej sender acceleration to 2 ^ o km / hv / ieder si cooled down that without danger to the brake pads a v / urther braking

et ' möglich ist, so lassen sich leicht die unnütz installierten
Energiekosten abschätzen. et 'is possible, the uselessly installed
Estimate energy costs.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ur nütze Ventilatorleistung einer Bremsscheibe auf ein Minimum ζ beschränken, sodass weniger Energie verbraucht wird.The present invention is based on the object of reducing the useful fan power of a brake disc to a minimum ζ so that less energy is used.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass der Ein- bzw. Ausl querschnitt für die Kühlluft in Abhängigkeit von der Temperat der die Kühlluftkanäle durchströmenden Kühlluft verändert wir wobei unterhalb einer Grenztemperatur der Ein- bzw. Auslassqu schnitt vollständig geschlossen ist.The solution to the problem is that the input or output We changed the cross section for the cooling air depending on the temperature of the cooling air flowing through the cooling air ducts where below a limit temperature, the inlet or outlet section is completely closed.

Vorteilhaft sind im nabennahen Einlassquerschnitt für die Küh luft Blechringe angeordnet, die von in"den Kühlluftkanälen
liegenden an sich bekannten Steuermit.teln, wie Bimetallstreif Flüssigkeitsweggeber, etc., bewegt werden und den Einlassquer· schnitt mehr oder weniger öffnen bzw. schliessen.Advantageously, sheet metal rings are arranged in the inlet cross-section for the cooling air close to the hub, which are from in "the cooling air ducts
control means, such as bimetallic strips, liquid displacement transducers, etc., are moved and the inlet cross-section more or less opens or closes.

3 Pattntanwai; M. L. Jung, Augusla-ΑΙΙββ 10, 6380 Bad Homburg3 Pattntanwai; M. L. Jung, Augusla-ΑΙΙββ 10, 6380 Bad Homburg

B-1968/84 Jg/w-d *B-1968/84 Jg / w-d *

H·12·1984 3U6058 ν H 12 1984 3U6058 ν

Zweckmässig sind mehrere achsparallel sich verbiegende Bimetallstreifen einerseits am Äussenumfang eines Bremsrings befestigt, z.B. angeschraubt, und andererseits mit einem ringförmigen Blech in Grosse des Einlassquerschnitts vor oder hinter demselben verbunden, wobei das Blech achsparallel bewegt wird.A plurality of axially parallel bending bimetallic strips are useful on the one hand attached to the outer circumference of a brake ring, e.g. screwed on, and on the other hand with an annular one Sheet metal connected in the size of the inlet cross-section in front of or behind the same, the sheet metal being moved axially parallel.

Der Vorteil der Erfindung liegt auf der Hand. Es wird eine erhebliche Energiemenge eingespart, ohne dass die Wirksamkeit der, Bremsen beeinträchtigt wird.The advantage of the invention is obvious. A significant amount of energy is saved without affecting the effectiveness of, braking is impaired.

In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und zwar zeigt a- In the drawings, for example, embodiments of the invention are shown, namely shows a-

Figur 1 einen Schnitt durch eine Bremsscheibe nach derFigure 1 is a section through a brake disc according to

Erfindung,
Figur 2 ein Bremsring der Bremsscheibe nach Fig.1 nachInvention,
FIG. 2 shows a brake ring of the brake disc according to FIG

Erwärmung beim 3remsen,
Figur 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einerWarming when braking,
Figure 3 is a partially sectioned side view of a

Bremsscheibe,
Figur 4 der gleiche Ausschnitt wie Fig.3 bei erwärmterBrake disc,
FIG. 4 shows the same section as FIG. 3 when it is heated

Bremsscheibe, yv Brake disc, y v

Figur 5 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig.3· H FIG. 5 shows a section along the line II-II of FIG. 3 · H

Nach den Figuren 1 und 2 besteht die Bremsscheibe 11 aus der Nabe 12 und den damit verbundenen Bremsringen 13 und 14, welche ihrerseits durch mehrere radiale Rippen 15 miteinander verbunden sind. Zwischen je zwei benachbarten Rippen 15 sind Kühlluftkanäle gebildet, durch die die vom Einlassquerschnitt 16 kommende Kühlluft zum Auslassquerschnitt 1? fliesst. In mehreren, mindestens drei Kühlluftkanälen sind um den Umfang der Bremsscheibe 11 verteilt radial liegende Bimetallstreifen 18 so angeordnet, dass sie sich bei Erwärmung parallel zur Drehachse 19 der Bremsscheibe 11 verbiegen. Die Bimetallstreifen 18 sind einerseits mit Schrauben-2o am Äussenumfang 21 der Bremsringe 13,14 befestigt. Andererseits sind die Bimetallstreifen 18 mit einem vor dem Einlassquerschnitt 16 liegenden Blechring 22 verbunden. Der Blechring 22 ist so gross gewählt, dass er den Einlassquerschnitt 16 vollständig verschliessen kann, v/obei gegebenenfalls noch eine Dichtleiste 23 an der Nabe 12 angeordnet ist.According to FIGS. 1 and 2, the brake disk 11 consists of the hub 12 and the brake rings 13 and 14 connected to it, which in turn are connected to one another by a plurality of radial ribs 15. Cooling air ducts are formed between every two adjacent ribs 15, through which the cooling air coming from the inlet cross section 16 to the outlet cross section 1? flows. In a plurality of at least three cooling air ducts, radial bimetallic strips 18 distributed around the circumference of the brake disk 11 are arranged in such a way that they bend parallel to the axis of rotation 19 of the brake disk 11 when heated. The bimetallic strips 18 are attached on the one hand with screws 2o to the outer circumference 21 of the brake rings 13, 14. On the other hand, the bimetal strips 18 are connected to a sheet metal ring 22 located in front of the inlet cross section 16. The sheet metal ring 22 is selected to be so large that it can completely close off the inlet cross-section 16, with a sealing strip 23 possibly also being arranged on the hub 12.

COPYCOPY

— Zj. — Pate.i:anwaH ! i. L. Jung. Augusla-ΑΙΙββ 10. 6350 Bad Hombu- Zj. - Pate.i: anwaH! i. L. Jung. Augusla-ΑΙΙββ 10. 6350 Bad Hombu

B- Ί 968/84 Jg/w-d"B- Ί 968/84 Jg / f-d "

ρΘΓ Bimetallstreifen 18 ist so ausgebildet, dass er bei Erwi sich in Richtung auf den Bremsring 13»14 zu verbiegt, an den befestigt ist, so wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Durcl· diese Verbiegung des Bimetallstreifens 18 wird der bei nicht erwärmter Kühlluft den Einlassquerschnitt 16 verschliessende Blechring 22 vom Einlassquerschnitt 16 abgehoben und gibt de Weg für die Kühlluft durch den Bremsring frei, sodass dieser gekühlt wird. Nach einiger Zeit wird die Kühlluft wieder kai und mit zunehmender Abkühlung nähert sich der Blechring 22 immer mehr dem Einlassquerschnitt 16, bis dieser wieder voll ständig verschlossen ist. Die Grenztemperatur, bei der der E lassquerschnitt v/ieder vollständig geschlossen ist, kann mit •dem Bimetallstreifen eingestellt werden.ρ ΘΓ bimetallic strip 18 is designed so that when Erwi it bends in the direction of the brake ring 13 »14, to which it is attached, as shown in FIG. This bending of the bimetallic strip 18 lifts the sheet metal ring 22, which closes the inlet cross section 16 when the cooling air is not heated, from the inlet cross section 16 and releases the path for the cooling air through the brake ring so that it is cooled. After some time, the cooling air is again kai and with increasing cooling, the sheet metal ring 22 approaches the inlet cross section 16 more and more until it is completely closed again. The limit temperature at which the inlet cross-section is completely closed again can be set with the bimetal strip.

Man kann den Blechring 22 und den Bimetallstreifen 18 auch s anordnen, dass der Einlassquerschnitt 16 durch einen sich in das Innere der Bremsscheibe 11 bewegenden Blechring geöffnet wird. Auch können die Bimetallstreifen 18 über Kreuz angeord: . sein und so weiter.The sheet metal ring 22 and the bimetallic strip 18 can also be arranged so that the inlet cross section 16 is opened by a sheet metal ring moving into the interior of the brake disc 11. The bimetallic strips 18 can also be arranged crosswise. his and so on.

In den Figuren 3 bis 55 in denen gleiche Bezugszeichen wie i) den Figuren 1 und 2 gleiche Teile bezeichnen, sind im Einlasi schnitt 2Zf zwei Blechringe 25 und 26 angeordnet, welche beide Lochungen 27 mit'gleicher Teilung besitzen. Dabei ist der Riι 25 fest mit der Bremsscheibe im Einlassquerschnitt 2Zf verbunc wohingegen der oder die Ringe 26 am Ring 25 anliegen, aber si konzentrisch um die Wellenachse I9 der Bremsscheibe 11 verdre können. Die beiden Ringe 26 einer Bremsscheibe 11 sind mit ei Steg 28 miteinander verbunden. Ein sich senkrecht zur Achse 1 verbiegender Bimetallstreifen 29 ist einerseits mit Schrauben am Aussenumfang 3I eines oder beider Bremsringe 13>14 befesti und umgreift den Steg 28 gabelförmig auf der anderen Seite.1 Denote in the figures 3 to 5 5 in which like reference numerals as i) Figures 1 and 2, like parts are cut Einlasi 2IF two metal rings 25 and 26 arranged, which possess 27 mit'gleicher dividing both perforations. The Riι 25 is firmly connected to the brake disc in the inlet cross section 2Zf, whereas the ring or rings 26 rest against the ring 25, but can rotate concentrically about the shaft axis I9 of the brake disc 11. The two rings 26 of a brake disc 11 are connected to one another by a web 28. A bimetallic strip 29 that bends perpendicular to the axis 1 is on the one hand fastened with screws to the outer circumference 3I of one or both brake rings 13-14 and encompasses the web 28 in a fork-like manner on the other side. 1

In kaltem Zustand der Bremsscheibe 11 befindet sich der Bimet streifen 29 in dem in Figur 3 dargestellten Zusatnd, wobei di Öffnungen 27 im festen Ring 25 durch den Ring 26 verschlossen sind. Erv/ärmt sich nun die Bremsscheibe 11 infolge Bremsung,When the brake disk 11 is cold, the bimetallic strip 29 is in the state shown in FIG. 3, the openings 27 in the fixed ring 25 being closed by the ring 26. The brake disc 11 now warms up as a result of braking,

^ --■' — 5 —P'tfen'anwrti H I. Jung. Augusla-ΑΙΙθβ 10. 6380 Bad Homburg ^ - ■ '- 5 —P'tfen'anwrti H I. Jung. Augusla-ΑΙΙθβ 10. 6380 Bad Homburg

B-1968/84 Jg/w-dB-1968/84 year / w-d

X 14.12.1984 3A46058 , X 14.12.1984 3A46058,

so macht der gabelförmige Teil -des Bimetallstreifens 29 im Höchstfall den Weg 3? wodurch der lose Blechring 26 soweit konzentrisch verdreht wird, dass -wie in Fig.5dargestellt- die Öffnungen 27 beider Blechringe 25 und 26 deckungsgleich sind, wodurch für die Kühlluft der Zugang zum Inneren der Bremsscheibe 11 freigegeben ist und vom Einlassquerschnitt 24 in den Kühlluftkanälen zwischen den Rippen zum Auslassquerschnitt 17 fliessen kann. Dabei wird die Bremsscheibe 11 gekühlt. Wird bei kälterer Bremsscheibe 11 die Luft in den Kühlluftkanälen wieder kälter, so geht der Bimetallstreifen 29 allmählich wieder in die in Figur 3 dargestellte Ausgangslage, wodurch der lose Blechring soweit verdreht wird, dass sich die Öffnungen 27 beider Ringe nicht mehr decken, wodurch der Kühlluftstrom gedrosselt und schliesslich unterhalb einer vorher einstellbaren Grenztemperatur ganz abgestellt wird. Es fliesst keine Luft mehr durch die Bremsscheibe 11, wodurch Energie gespart wird.so does the fork-shaped part of the bimetallic strip 29 make path 3 at most? is rotated as far as concentric whereby the loose sheet metal ring 26 that -As in Fig.5dargestellt- the openings 27 of the two sheet metal rings 25 and 26 are congruent, whereby released for cooling air access to the interior of the brake disk 11 and from the inlet cross-section 24 into the cooling air channels between the ribs to the outlet cross-section 17 can flow. The brake disc 11 is thereby cooled. If the air is colder at colder brake disc 11 into the cooling air channels, so the bimetallic strip 29 is gradually returned to the position shown in Figure 3 starting position, whereby the loose sheet metal ring is turned until the openings not that 27 of both rings longer cover, whereby the cooling air flow throttled and finally switched off completely below a previously adjustable limit temperature. Air no longer flows through the brake disc 11, which saves energy.

Selbstverständlich können die Bimetallstreifen auch anders angeordnet werden, wobei es jedoch wesentlich ist, dass sie einerseits im Kühlluftstrom liegen und andererseits eine möglichst grosse Länge haben, um einen grossen Weg für die den Einlassquerschnitt für die Kühlluft verschliessenden Elemente, die nicht notwendigerweise ganze Blechringe sein müssen, zu erhalten. Anstelle der Blechringe können auch Ringe aus einem hitzebeständigen Kunststoff verwendet werden.Of course, the bimetallic strips can also be arranged differently, but it is essential that they are on the one hand in the cooling air flow and on the other hand have the greatest possible length to allow a long path for the elements closing the inlet cross-section for the cooling air, which do not necessarily have to be whole sheet metal rings , to obtain. Instead of the sheet metal rings, rings made of a heat-resistant plastic can also be used.

Es ist auch denkbar, den Auslassquerschnitt für die Kühlluft in Abhängigkeit von der Temperatur der Bremsscheibe zu verändern oder auch beide Querschnitte gleichzeitig.It is also conceivable to change the outlet cross-section for the cooling air as a function of the temperature of the brake disc or both cross-sections at the same time.

Anstelle der Bimetallstreifen können auch andere an sich bekannte Weggeber verwendet werden, wie z.B. die für Thermostatventile bei FKW verwendeten Weggeber, welche auf dem Prinzip grosser Volumausdehnung z.B. von Wachs bei Änderung des Aggegratzustandes basieren.Instead of the bimetal strips, other displacement sensors known per se can also be used, such as those for thermostatic valves Displacement transducers used in HFCs, which are based on the principle of large volume expansion, e.g. of wax when the state of aggregate changes based.

Claims (4)

Anspruchclaim 1.) Belüftete Bremsscheibe, insbesondere für Schienenfahrzeuge, bei der auf der Rückseite des Bremsrings radiale Kühlluftkanäle vorhanden sind und gegebenenfalls zwei Breasringe miteinander * eine geteilte oder ungeteilte Bremsscheibe bilden,-wobei der Kühlluftstrom in den Kühlluftkanälen etwa radial gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein- bzw. Auslassquerschnitt (16,24,17) für die Kühlluft in Abhängigkeit von der Temperatur der die Kühlluftkanäle durchströmenden Kühlluft verändert wird, wobei unterhalb einer Grenztemperatur der Ein- bz?/. Auslassquerschnitt (16,24,17) vollständig geschlossen ist.1.) Ventilated brake disc, especially for rail vehicles the radial cooling air ducts on the back of the brake ring and, if necessary, two Breasrings together * form a split or undivided brake disc, -where the cooling air flow in the cooling air ducts is conveyed approximately radially, characterized in that the inlet or outlet cross-section (16,24,17) for the cooling air as a function of the temperature of the cooling air flowing through the cooling air ducts is changed, with the input and / or. Outlet cross-section (16,24,17) is completely closed. 2.) Belüftete Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im nabennahen Einlassquerschnitt (16,24) für die Kühlluft Blechringe (22,26) angeordnet sind, die von in den Kühlluftkanälen liegenden Steuermitteln, wie Bimetallstreifen (18,29), Flüssigkeitsweggeber,- etc. bewegt werden und den Einlassquerschnitt (16,24) mehr oder weniger öffnen bzw. schliessen»2.) Ventilated brake disc according to claim 1, characterized in that that in the inlet cross-section (16, 24) for the cooling air near the hub, sheet metal rings (22, 26) are arranged, which are in the cooling air ducts lying control means, such as bimetallic strips (18,29), liquid displacement transducers, - etc. are moved and the inlet cross-section (16,24) open or close more or less » 3.) Belüftete Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere achsparallel sich verbiegende Bimetallstreifen (18) einerseits am Aussenumfang (21) eines Bremsrings (13,14) befestigt, z.B. angeschraubt sind, und andererseits mit einem ringförmigen Blech'"(22) in Grosse des Einlassquerschnitts (17) vor oder hinter demselben verbunden sind, wobei das Blech (22) achparallel bewegt wird.3.) Ventilated brake disc according to claim 1 or 2, characterized in that that several axially parallel bending bimetal strips (18) on the one hand on the outer circumference (21) of a brake ring (13,14) are attached, e.g. screwed, and on the other hand with an annular plate '"(22) the size of the inlet cross-section (17) are connected in front of or behind the same, the sheet metal (22) being moved axially parallel. 4.) Belüftete Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Einlassquerschnitt (24) zwei mit Öffnungen (27) gleicher Teilung versehene Ringe (23 und 26) aufeinanderliegend angeordnet sind, von denen einer (23) im Einlassquerschnitt (24) fest und der andere (26) verdrehbar und mit Steuermitteln (29) verbunden am festen Ring (23) anliegt.4.) Ventilated brake disc according to claim 1 or 2, characterized in that in the inlet cross-section (24) two rings (23 and 26) provided with openings (27) of the same pitch are arranged one on top of the other, one of which (23) in the inlet cross-section (24) fixed and the other (26) rotatable and connected to control means (29) rests on the fixed ring (23). COPYCOPY
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