DE3935635A1

DE3935635A1 - Rail vehicle disc brake - has friction disc bolted each side of wheel, with internal reinforcing plate shaped for heat dissipation

Info

Publication number: DE3935635A1
Application number: DE19893935635
Authority: DE
Inventors: Mathias Schoerwerth; Xaver Dipl Ing Dr Wirth
Original assignee: Knorr Bremse AG
Current assignee: Knorr Bremse AG
Priority date: 1989-10-26
Filing date: 1989-10-26
Publication date: 1991-05-02

Abstract

A friction disc (1,3) for a rail vehicle brake is secured at each side of the boss (5) on a wheel by fitted bolts (9). The inside part of each disc includes a reinforcing ring (15) adjacent to the wheel surface, connected to the outside part by radial ribs (11). Each inside part is disc-shaped and can have ventilating openings through it. The design can incorporate cooling channels. ADVANTAGE - Improved heat dissipation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibenanordnung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a brake disc assembly according to the Generic term of patent claim 1.

Radbremsscheibenkonstruktionen weisen im allgemeinen zu beiden Seiten eines Schienenfahrzeugrades im Bereich der Radscheibe radial sich erstreckende Reibscheiben auf, welche am Rad angeschraubt werden. Unabhängig von der Befestigungsart derartiger Reibscheiben treten im Betrieb wiederholt Probleme der folgenden Art auf: Jede Reibscheibe d. h. Bremsscheibenhälfte zu beiden Seiten der Radscheibe verformt sich bei während Abbremsung verursachter thermischer Belastung durch einseitige Zufuhr der Reibungswärme tellerfederförmig, d. h. die heißere Seite, also die axial außen liegende Seite, dehnt sich stärker radial aus als die kältere, der Radscheibe zugewandte Seite. Ab einer bestimmten thermischen Belastung kann sich die Reibscheibe plastisch verformen, wodurch nach Erkalten eine bleibende Verformung zurückbleibt. Von der Radscheibe vollständig oder nur über Bereiche des Umfangs abgehobene Reibscheiben bzw. Bremsscheibenhälften werden unter der Zuspannkraft der seitlich anzulegenden Bremsbeläge axial elastisch verformt. Dadurch entsteht eine dynamische Belastung der Reibscheibe und evtl. ein "Pumpen" des Bremskrafterzeugers, was bei hydraulischer Betätigung zu Störungen infolge Druckschwankungen im Betätigungssystem führen kann. Wheel brake disc designs generally point to both sides a rail vehicle wheel in the area of the wheel disc radially extending friction discs, which are screwed onto the wheel. Regardless of the type of attachment of such friction disks occur in Operation repeats problems of the following types: each friction disc d. H. Brake disc half on both sides of the wheel disc deforms with thermal load caused during braking by one-sided supply of frictional heat in the form of a plate spring, d. H. the hotter side, i.e. the axially outer side, expands more radially outward than the colder side facing the wheel disc. From one Certain thermal stress can cause the friction disc to become plastic deform, resulting in permanent deformation after cooling remains. From the wheel disc completely or only over areas of the circumference lifted friction discs or brake disc halves under the clamping force of the brake pads to be applied laterally axially elastically deformed. This creates a dynamic load on the Friction disk and possibly a "pumping" of the braking force generator, which at hydraulic actuation to malfunctions due to pressure fluctuations in the Actuation system can lead.

In bestimmten Winkelbereichen verschraubte Reibscheiben werden durch die vorstehend beschriebenen Auswirkungen in Umfangsrichtung wellig. In Kombination mit harten Bremsbelägen können so auf der Reibscheibe, d. h. an den vorstehenden Partien, Hitzeflecken (hot spots) auftreten, die wiederum zu vorzeitiger Rißbildung und damit zur Schädigung führen können.Friction discs screwed in certain angular ranges are by the circumferential effects described above are wavy. In combination with hard brake pads, the friction disc, d. H. hot spots appear on the above parts, which in turn lead to premature crack formation and thus damage can.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Bremsscheibenanordnung der in Rede stehenden Art so auszubilden, daß die zu beiden Seiten der Radscheibe befindlichen Reibscheiben in ihrer Formgebung weitgehend unbeeinflußt bleiben von thermischen Einwirkungen. Es sollen weder tellerfederförmige Verformungen noch wellige Ausbildungen an der Oberfläche der Reibscheibe auftreten; im besonderen soll auch vermieden werden, daß sich plastische, sich nicht zurückbildende Verformungen an den Reibscheiben bilden, wenn diese im Betrieb erhöhter thermischer Belastung ausgesetzt sind.Based on this, the object of the invention is a Brake disc assembly of the type in question so that the friction discs located on both sides of the wheel disc in their Shaping remain largely unaffected by thermal Actions. There should be neither disc spring-shaped deformations undulating formations occur on the surface of the friction disc; in the special should also be avoided that plastic, not itself form regressive deformations on the friction disks if they are in the Operation are exposed to increased thermal stress.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale nach dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1.The features according to the Characterizing part of claim 1.

Durch die Konfiguration der Reibscheibe zu beiden Seiten der Radscheibe des Schienenfahrzeugrades ist eine erhöhte Festigkeit, d. h. Widerstandsfähigkeit gegenüber Verformungen erreicht, ohne daß eine aus thermischen Gründen unerwünschte Verdickung der Reibscheiben selbst vollzogen werden müßte. Die an den der Radscheibe zugewandten Seiten der Reibscheiben ausgebildeten Versteifungsringe, welche umlaufend oder mit Durchbrechungen versehen ausgebildet sein können, erhöhen die Widerstandsfähigkeit der Scheibenkonstruktion gegenüber durch ungleichförmige thermische Belastung ausgelösten Kräften bzw. Biegemomenten. Durch die gleichzeitig erzeugte Vergrößerung der Oberfläche im Bereich der Versteifungsringe ist eine verbesserte Abführung von Reibungswärme erreicht; insbesondere bei umlaufenden Versteifungsringen sind im Bereich zwischen diesen und den Reibscheiben Kühlluftkanäle gebildet, welche die Kühlluft mit erhöhter Geschwindigkeit radial nach außen ableiten. Die Verwendung der Versteifungsringe und die hierdurch gewonnene Festigkeit gegenüber Verformungen ermöglicht es bei bestimmten Konstruktionen, ohne seitlichen Kontakt mit der Radscheibe zu bleiben, d. h. die Reibscheiben erstrecken sich vom Punkte ihrer Verschraubung radial freitragend nach außen gerichtet, wodurch seitliche Schwingungen des Radscheibenkörpers nicht auf die Reibscheiben und demnach nicht auf die an den Reibscheiben zuspannbaren Bremsbetätigungselemente, d. h. Bremsbeläge übertragen werden.By configuring the friction disc on both sides of the Wheel disc of the rail vehicle wheel is an increased strength, i. H. Resistance to deformation achieved without a undesirable thickening of the friction disks for thermal reasons should be carried out itself. The ones facing the wheel disc Stiffening rings formed on the sides of the friction disks, which can be formed all around or provided with openings, increase the resistance of the pane construction to forces caused by non-uniform thermal loads or Bending moments. Due to the simultaneous enlargement of the Surface in the area of the stiffening rings is an improved Dissipation of frictional heat achieved; especially with rotating ones Stiffening rings are in the area between these and the Friction discs cooling air channels formed, which the cooling air with increased Derive speed radially outwards. The use of the Stiffening rings and the strength gained thereby It allows deformations in certain constructions without to remain in side contact with the wheel disc, d. H. the Friction disks extend radially from the point of their screwing unsupported directed outwards, whereby lateral vibrations of the Wheel disc body not on the friction discs and therefore not on the brake actuation elements that can be tightened on the friction disks, d. H. Brake pads are transferred.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren Patentansprüchen aufgeführt.Advantageous refinements and developments are in others Claims listed.

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

Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht einer Bremsscheibenanordnung mit Ausbildung der Reibscheiben nach dem Stand der Technik; und Fig. 1 is a partial sectional view of a brake disc assembly with the formation of the friction discs according to the prior art; and

Fig. 2-4 geben jeweils in linksseitiger und rechtsseitiger Schnittansicht sechs Ausführungsbeispiele von Reibscheiben mit erfindungsgemäßer Konfiguration wieder. Fig. 2-4 each indicate back to the left-side and right-side sectional view of six embodiments of friction discs with the inventive configuration.

Das in Fig. 1 in Teilschnittansicht wiedergegebene Laufrad eines Schienenfahrzeugs ist mit einer an sich bekannten Radbremsscheibe versehen, welche aus zwei Reibscheiben 1 und 3 besteht. Die beiden Reibscheiben sind beidseitig der von der Nabe 5 zum (nicht dargestellten) Spurkranz des Laufrads sich erstreckenden Radscheibe 7 mittels Gleitpaßschrauben 9 an dieser befestigt. Die Gleitpaßschrauben 9 sind von herkömmlicher Konstruktion und Wirkungsweise; anstelle der dargestellten Gleitpaßschrauben können auch Befestigungselemente anderer Art vorgesehen sein. The reproduced in Fig. 1 in partial sectional view of the impeller of a rail vehicle is provided with a per se known wheel brake, which consists of two friction plates 1 and 3. The two friction disks are fastened on both sides of the wheel disk 7, which extends from the hub 5 to the wheel flange (not shown) of the impeller, by means of slide-fit screws 9 . The sliding fit screws 9 are of conventional construction and mode of operation; Instead of the slide-fit screws shown, other types of fastening elements can also be provided.

Die Reibscheiben 1 und 3 der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Konstruktion stützen sich mit Hilfe von Stegkörpern bzw. Rippen 11, 13 innenseitig an der Radscheibe 7 des Laufrads ab. Hierzu können an der Radscheibe bzw. an den zugewandten Rippen 11, 13 in besonderer Weise ausgebildete Anlageflächen vorgesehen sein, welche radial, thermisch bedingte Bewegungen der Reibscheiben relativ zur Radscheibe ermöglichen.The friction disks 1 and 3 of the conventional construction shown in FIG. 1 are supported on the inside on the wheel disk 7 of the impeller by means of web bodies or ribs 11, 13 . For this purpose, specially designed contact surfaces can be provided on the wheel disk or on the facing ribs 11, 13 , which enable radial, thermally induced movements of the friction disks relative to the wheel disk.

Demgegenüber weist die Konstruktion nach der Erfindung wenigstens einen Versteifungsring 15 auf, welcher sich an der Radscheibe 7 zugewandten Seite der Reibscheibe 1 bzw. 3 befindet. Die linksseitige Schnittansicht von Fig. 2 veranschaulicht, daß der Versteifungsring 15 mit einer an ihm ausgebildeten Anlagefläche 17 an der zugewandten Seite der Radscheibe anliegen kann, während die rechtsseitige Schnittansicht von Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel wiedergibt, bei welchem der Versteifungsring 15 radial außerhalb des Kontaktbereiches zwischen Radscheibe und Reibscheibe ausgebildet ist. Der Versteifungsring 15 kann als umlaufender Ringkörper ausgebildet sein, welcher mit Hilfe der Rippen 11 mit der zugeordneten Reibscheibe in Verbindung steht; er kann auch als ein Durchbrechungen aufweisender Ringkörper vorgesehen sein, d. h., daß auf dem Umfang verteilt, z. B. sechs oder acht Teilringe in der z. B. in Fig. 2 linksseitig und rechtsseitig wiedergegebenen Konfiguration vorgesehen sein können.In contrast, the construction according to the invention has at least one stiffening ring 15 which is located on the side of the friction disk 1 or 3 facing the wheel disk 7 . The left-hand sectional view of FIG. 2 illustrates that the stiffening ring 15 with an abutment surface 17 formed thereon can rest against the facing side of the wheel disk, while the right-hand sectional view of FIG. 2 shows an exemplary embodiment in which the stiffening ring 15 radially outside the contact area is formed between the wheel disc and friction disc. The stiffening ring 15 can be designed as a circumferential ring body which is connected to the associated friction disk with the aid of the ribs 11 ; it can also be provided as a perforated ring body, ie that distributed around the circumference, for. B. six or eight partial rings in the z. B. in Fig. 2 left and right side configuration can be provided.

Die links- und rechtsseitig in Fig. 3 wiedergegebenen Schnittansichten stellen Reibscheibenkonstruktionen dar, bei welchen der Versteifungsring 15 jeweils unter Abstand von der Reibscheibe 7 geführt ist. Der Versteifungsring 15 bildet hier vorzugsweise als umlaufender Ringkörper mit der Reibscheibe 1 gemäß linksseitiger Schnittansicht von Fig. 3 bzw. von Fig. 2 eine Kanalführung für Kühlluft, welche infolge Konvergenz mit erhöhter Geschwindigkeit radial nach außen geleitet werden kann. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber der Anordnung von herkömmlichen Konstruktionen der in Fig. 1 wiedergegebenen Art dar, bei welcher nur eine ungenaue Führung der Kühlluft gewährleistet ist. The sectional views shown on the left and right side in FIG. 3 represent friction disk constructions in which the stiffening ring 15 is guided at a distance from the friction disk 7 . The stiffening ring 15 here preferably forms a circumferential ring body with the friction disk 1 according to the left-hand sectional view of FIG. 3 or FIG. 2, a channel guide for cooling air, which can be guided radially outwards as a result of convergence at an increased speed. This represents a significant advantage over the arrangement of conventional constructions of the type shown in FIG. 1, in which only an inaccurate guidance of the cooling air is guaranteed.

Bei der in Fig. 3 rechtsseitig wiedergegebenen Anordnung einer erfindungsgemäßen Radbremsscheibenkonstruktion sind mehrere Verbindungsrippen 19 von auf dem Umfang beliebig verteiltem Muster vorgesehen, welche die Reibscheibe 3 mit dem Versteifungsring 15 verbinden. Hierdurch ist eine besonders gute Versteifung der Reibscheibe sichergestellt, die sogenannte Konizitätsverformung wird hierdurch im wesentlichen ausgeschaltet.In the arrangement shown on the right-hand side in FIG. 3 of a wheel brake disc construction according to the invention, a plurality of connecting ribs 19 are provided, of any pattern distributed over the circumference, which connect the friction disc 3 to the stiffening ring 15 . This ensures a particularly good stiffening of the friction disk, the so-called conicity deformation is essentially eliminated.

In Fig. 4 sind zwei der Ausführungsform nach Fig. 2 vergleichbare Konstruktionen wiedergegeben, bei welchen gemäß der linksseitigen Schnittansicht der Versteifungsring 15 radial nach innen gezogen ist und hierdurch bei umlaufender Konfiguration eine sehr gute Kühlluftführung vermittelt. Die in Fig. 4 rechtsseitig wiedergegebene Konstruktion bei Anlage der Rippe 11 an der Radscheibe beinhaltet zwei Versteifungsrippen 15, welche auf dem Umfang durchgehend oder mit Unterbrechungen versehen sind. Auch bei dieser Konstruktion ist gegenüber der Anordnung nach dem Stand der Technik nicht nur eine verbesserte Steifigkeit und Formtreue der Reibscheibe erreicht, gleichzeitig ist im Innenbereich eine verbesserte Kühlluftführung gewährleistet.In FIG. 4, two of the Embodiment 2 are similar constructions according to Fig. Played back, the left-side sectional view of the stiffening ring is pulled radially inward 15 in which in accordance with and thereby imparts a very good cooling air passage in a circumferential configuration. The construction shown in FIG. 4 on the right-hand side when the rib 11 is in contact with the wheel disk contains two stiffening ribs 15 which are provided on the circumference continuously or with interruptions. With this construction as well, compared to the arrangement according to the state of the art, not only is the stiffness and shape retention of the friction disk improved, at the same time an improved cooling air guidance is ensured in the interior.

Während die Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 4 in Anlage mit der Radscheibe befindliche Reibscheiben wiedergeben, vermittelt die Konstruktion nach Fig. 3 den zusätzlichen Vorteil, daß eine "Abkoppelung" der Reibscheiben von der im Betrieb seitlich schwingenden Radscheibe ermöglicht ist. Die Reibscheiben und die bei Abbremsung an ihnen anliegenden Bremsbeläge mit zugeordneten Betätigungsmitteln bleiben folglich unbeeinflußt von seitlichen Schwingungen bzw. Stößen, welche im besonderen bei mit hoher Geschwindigkeit fahrenden Schienenfahrzeugen von der Radscheibe selbst in axialer, d. h. seitlicher Richtung ausgeübt werden. Die Verwendung von Versteifungsrippen im Bereich der Seitenfläche der Radscheibe trägt nicht nur zur einer Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes bei, es ist auch die Gesamtfläche größer, welche für die Wärmeabfuhr an der Reibscheibenkonstruktion existiert. While the embodiments according to FIGS. 2 and 4 reflect friction disks in contact with the wheel disk, the construction according to FIG. 3 provides the additional advantage that a "decoupling" of the friction disks from the wheel disk which swings laterally during operation is made possible. The friction disks and the brake pads that are in contact with them when braking, with associated actuating means, consequently remain unaffected by lateral vibrations or shocks, which are exerted by the wheel disk itself in the axial, ie lateral direction, in particular in the case of rail vehicles traveling at high speed. The use of stiffening ribs in the area of the side surface of the wheel disc not only contributes to an increase in the area moment of inertia, it is also the total area that exists for the heat dissipation on the friction disc construction.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1 Reibscheibe
3 Reibscheibe
5 Nabe
7 Radscheibe
9 Gleitpaßschraube
11 Rippe
13 Rippe
15 Versteifungsring
17 Anlagefläche 1 friction disc
3 friction disc
5 hub
7 wheel disc
9 sliding fit screw
11 rib
13 rib
15 stiffening ring
17 contact surface

Claims

1. Brake disc assembly for rail vehicle wheels, with friction discs arranged on both sides of the wheel disc, which are connected on their inner circumference with the aid of slide-fit screws or similar fastening elements to the rail vehicle wheel and extend radially outwards on both sides of the wheel disc, characterized in that the two friction discs ( 1, 3 ) on their side facing the wheel disc ( 7 ) each have at least one stiffening ring ( 15 ) which is connected to the friction disc ( 1, 3 ) by means of ribs ( 11, 13 ).

2. Brake disc arrangement according to claim 1, characterized in that the stiffening ring ( 15 ) is designed as a circumferential ring body.

3. Brake disc assembly according to claim 1, characterized in that the stiffening ring ( 15 ) is designed as an annular body having openings.

4. Brake disc assembly according to claim 1, characterized in that the stiffening ring ( 15 ) with the friction disc ( 1; 3 ) parallel to the connecting ribs ( 11, 13 ) forms cooling air channels for the radially outward transport of cooling air.

5. Brake disc assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the stiffening ring ( 15 ) lies at least partially flat on the facing side of the wheel disc ( 7 ).

6. Brake disc arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the stiffening ring ( 15 ) has a lateral distance from the facing side of the wheel disc ( 7 ).

7. Brake disc arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least two stiffening rings are formed on the inside of the friction disc ( 1, 3 ) facing the wheel disc in the radial extent.