DE4308910C2 - Bremsscheibe für Scheibenbremsen, insbesondere Radbremsscheibe für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsscheibe für Scheibenbremsen, mit einem einseitig von wenigstens einer Bremsbacke beaufschlagbaren Reibring, der aus wenigstens zwei Ringsegmenten besteht, deren jedes Ringsegment an einem Tragkörper gehaltert ist, mit an den Stoßstellen der Ringsegmente deren gegenüberstehende Enden verbindenden, zumindest radiale Relativverschiebungen der Ringsegmente ausschließenden Verbindungselementen, und mit Aussparungen, die auf zumindest einer Seite des Reibringes zu dem Tragkörper hin offen und zu den Stoßstellen der Ringsegmente symmetrisch angeordnet sind, wobei ihre Tiefe geringer als die axiale Breite der Ringsegmente ist.

Eine diese Merkmale aufweisende Bremsscheibe ist in Ausbildung als geteilte Radbremsscheibe aus der DE-OS 28 19 832 bekannt, wobei der Tragkörper von der Radscheibe eines Schienenfahrzeugrades gebildet ist. Die beiden Ringsegmente des Reibringes sind hierbei vermittels achsparalleler Schrauben und Paßstifte an der Radscheibe gehaltert, ihre radialen, achsparallelen Stirnflächen stehen einander mit geringem Abstand gegenüber. Das nicht schwenkbar gelagerte, freie Ende jedes Ringsegments ist mit dem benachbarten Ringsegment durch ein schwenkbares Gestängeglied verbunden, das hantelartig ausgebildet ist. Der Stegabschnitt dieses hantelartigen Gestängegliedes überbrückt den Abstand zwischen den benachbarten Stirnflächen der Ringsegmente und greift beiderseits noch in die Bartabschnitte von in ihrem Umriß etwa schlüssellochartig geformten Aussparungen ein, deren je eine sich nahe der Stirnflächen der Ringsegmente symmetrisch zu deren Stoßstelle befindet, derart, daß die Aussparungen einander mit ihren stirnseitig offen in den Stirnflächen der Ringsegmente mündenden Bartabschnitten gegenüberstehen. Die endseitigen, kreisrunden Ansätze des Gestängegliedes greifen in entsprechend kreisförmige, an die Bartabschnitte anschließende Abschnitte der Aussparungen ein. Die Tiefe der Aussparungen ist geringer als die axiale Breite der Ringsegmente, die Aussparungen sind radscheibenseitig in die Ringsegmente eingearbeitet und belassen somit die radscheibenabgewandten, bremsbackenbeaufschlagbaren Reibflächen der Ringsegmente ungestört. Während Bremsvorgängen können die aus den Ringsegmenten gebildeten Bremsringe sowie diese selbst sich unbehindert radial und/oder in Umfangsrichtung ausdehnen, wobei sie doch im Gleichgewicht gehalten werden. Die nahe ihres jeweils einen Endes vermittels eines Paßstiftes an der Radscheibe gehalterten Ringsegmente sind an Schwenkbewegungen um die Paßstifte durch die Gestängeglieder gehemmt. Bei einer abgeänderten Ausführungsform nach der vorstehend genannten DE-OS können die Aussparungen durch zwei runde Sackbohrungen gebildet werden, die in den noch ungeteilten Bremsring einander tangential berührend eingebracht werden, wobei der Bremsring anschließend zwischen diesen Sackbohrungen zum Bilden der Ringsegmente geteilt wird.

Weiterhin ist es bekannt, bei geteilten Reibringen für Bremsscheiben in den einander gegenüberstehenden Stirnflächen der Ringsegmente jeweils einander gegenüberstehend zumindest annähernd halbzylindrische Ausnehmungen anzuordnen, in welche ein zylindrischer oder kreisscheibenartiger Körper eingesetzt ist, welcher die jeweils benachbarten Ringsegmente gegenseitig sowohl in Umfangsrichtung gegeneinander abstützt als auch radiale Relativverschiebungen ausschließt. Es wird hierzu auf die DE-B 22 30 805 und 24 47 555 und die DE-OS 26 20 623 verwiesen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bremsscheibe der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln derart auszugestalten, daß - ähnlich wie bei der Bremsscheibe nach der erwähnten DE-OS 28 19 832 - sich die Stoßstelle zwischen zwei Ringsegmenten auch bei Auftreten hoher Fliehkräfte bzw. anderweitiger Kräfte nicht aufweiten kann, wobei jedoch zugleich relative Radialverschiebungen ausgeschlossen werden, und wobei für die Verbindungselemente praktisch kein zusätzlicher Bauraum erforderlich ist, so daß die Bremsscheibe auch unbelüftet oder mit nur kurzen Kühlrippen ausgebildet werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Reibring als Aussparungen die Stoßstellen überbrückend angeordnete Ringnuten aufweist, deren Achsen parallel zur Achse des Reibringes verlaufen, und daß in jede Ringnut ein diese zumindest annähernd vollständig ausfüllender, die Stoßstelle überbrückender Ringkörper eingesetzt ist.

Durch diese Ausbildung der Bremsscheibe wird an den Stoßstellen eine nicht nur auf Druck- und Scher- bzw. radiale Verschiebungskräfte belastbare Verbindung zwischen den Ringsegmenten geschaffen, sondern die Verbindung vermag auch Zugkräfte aufzunehmen; die benachbarten Ringsegmente erhalten hierdurch eine feste, aber doch gelenkige Zuordnung zueinander, derart, daß ihre Halterung am Tragkörper von bestimmten Belastungskomponenten, wie beispielsweise fliehkraftbedingten Beanspruchungen, entlastet ist und dementsprechend schwächer bzw. kleiner dimensionierbar ist. Es ist wesentlich, daß durch die die Ringsegmente verbindenden Ringkörper temperaturbedingte Abweichungen der Ringsegmente von ihrer kreisabschnittartigen Sollgestalt nicht behindert werden, da die durch die Ringkörper gebildeten Verbindungselemente als Gelenkstellen wirken, welche relative Drehbewegungen der in den Stoßstellen einander gegenüberstehenden Stirnflächen der Ringsegmente um die Achse der Ringkörper in begrenztem Maße erlauben.

Die Unteransprüche zeigen nach der weiteren Erfindung vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungsmöglichkeiten für eine derartige Bremsscheibe auf.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele für nach der Erfindung ausgebildete Bremsscheiben dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Radbremsscheibe an einem Schienenfahrzeugrad,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine abgewandelte Ausführungsform, wobei lediglich ein eine Stoßstelle beinhaltender Teilausschnitt dargestellt ist,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie A-A in Fig. 2 in nochmals vergrößertem Maßstab und

Fig. 4 einen der Fig. 2 entsprechenden Teilausschnitt einer abermals abgewandelten Ausführungsform.

Die Fig. 1 zeigt ein Rad 1 eines Schienenfahrzeuges, welches zur Bildung einer Bremsscheibe an seiner Radscheibe 2 einen Bremsring 3 trägt; der Nabenteil des Rades 1 ist nicht dargestellt. Der Bremsring 3 ist in zwei halbringartige Ringsegmente 4 und 5 unterteilt, die Stoßstellen 6 und 7 der beiden Ringsegmente 4 und 5 liegen in einer gemeinsamen, die Achse des Rades 1 beinhaltenden Ebene 8. In den Stoßstellen 6 und 7 stehen die Stirnflächen 9 und 1a der Ringsegmente 4 und 5 einander im wesentlichen zueinander parallel verlaufend mit Abstand gegenüber. Die beiden Ringsegmente 4 und 5 sind vermittels zur Achse des Rades 1 paralleler Schrauben 11 bzw. Spannhülsen 12 an der Radscheibe 2 gehaltert. Zum Bremsen ist an den Reibring 3 wie üblich eine nicht dargestellte Bremsbacke anpreßbar. Der Radscheibe 2 zugewandt kann der Reibring 3 bzw. können die diesen bildenden Ringsegmente 4 und 5 mit Ventilationseinrichtungen, beispielsweise radial gerichteten Kühlluftrippen zur Förderung eines Kühlluftstromes zwischen Reibring 3 und Radscheibe 2 versehen sein. Auf seiner der Fig. 1 abgewandten Seite kann das Rad 1 mit einer dem Reibring 3 entsprechenden Reibringanordnung versehen sein.

Auf der der Radscheibe 2 zugewandten Seite sind die Ringsegmente 4 und 5 im Bereich der Stoßstellen 6 und 7 mit je einem etwa halbkreisförmigen Ringnutabschnitt versehen, deren Mündungen in den Stirnflächen 9 und 10 fluchtend einander gegenüberstehen und die miteinander eine die Stoßstelle 6 bzw. 7 überbrückende Ringnut 13 bilden. In die beiden Ringnuten 13 ist je ein Ringkörper 14 eingesetzt, welcher die jeweilige Ringnut zumindest annähernd vollständig ausfüllt; der Ringkörper 14 kann dabei mit oder ohne Vorspannung in der Ringnut 13 liegen, das heißt, er kann mit bestimmter Pressung oder mit Schiebesitz sich in der Ringnut 13 befinden. Im Schnittbild der Fig. 3 ist der in die Ringnut 13 eingesetzte Ringkörper 14 klar ersichtlich.

Die Ringkörper 14 verbinden die beiden Ringsegmente 4 und 5 an deren Stoßstellen 6 und 7 derart, daß Zug-, Druck- und in radialer Richtung wirkende Scherkräfte zwischen den Stirnflächen 9 und 10 übertragen werden, die Stirnflächen 9 und 10 sich jedoch aus ihrer zur Ebene 8 parallelen Lage um die Achse des zugeordneten Ringkörpers 14 geringfügig herausdrehen können. Hierdurch wird erreicht, daß ein radiales Versetzen der Ringsegment-Enden relativ zueinander ausgeschlossen wird und daß der mittlere Abstand der einander gegenüberstehenden Stirnflächen 9 und 10, also der Luftspalt 18 an den Stoßstellen 6 und 7, sich weder vergrößern noch verkleinern kann, obwohl begrenzte Drehungen der Stirnflächen 9 und 10 relativ zueinander möglich sind. Hieraus ergibt sich, daß ein Aufweiten der Ringsegmente 4 und 5 unter der Einwirkung von Fliehkräften bei hohen Drehzahlen unter Vergrößern des Luftspaltes 18 an den Stoßstellen 6 und 7 ausgeschlossen ist, wodurch die Halterungselemente, das heißt die Schrauben 11 bzw. die Spannhülsen 12, von derartigen, zusätzlichen Beanspruchungen weitgehend freigehalten werden. Andererseits sind jedoch wärmebedingte Dehnungen der Ringsegmente 4 und 5 unter geringer Relativverdrehungen der Stirnflächen 9 und 10 zueinander ohne Verspannungen möglich.

Das Herstellen der Bremsscheibe kann aus einem geschlossenen Reibring erfolgen, die Fertigung von Bremsscheiben mit ungeteilten und geteilten Reibringausführungen kann also aus nur einer Art von Rohteilen erfolgen. Die Ringnuten 13 können dabei zweckmäßig in den noch ungeteilten Reibring eingebracht werden, anschließend ist der Reibring 3 durch Schnitte in die Ringsegmente 4 und 5 zu unterteilen. Die Ringkörper 14 sind anschließend einzubringen, sie können aus einem zum Material des Reibringes 4 abweichenden Werkstoffs, beispielsweise einem hochfesten Material, hergestellt sein. Abweichend zur Darstellung nach Fig. 1 ist es selbstverständlich auch möglich, den Reibring 3 in mehr als zwei Ringsegmente 4 und 5 aufzuteilen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 befinden sich die Ringnuten 13 auf der von der Bremsbacke nicht beaufschlagten Seite des Reibringes 3; sie können sich jedoch mitsamt den in ihnen befindlichen Ringkörpern 14 auch alleine oder zusätzlich auf der bremsbackenbeaufschlagten Seite des Reibringes befinden. Weiterhin ist nach dem Ausführungsbeispiel an der Stoßstelle 6 bzw. 7 nur eine Ringnut 13 mit einem Ringkörper 14 vorgesehen, wobei der Außendurchmesser der Ringnut 13 etwa der Hälfte der radialen Breite des Reibringes 3 entspricht und wobei die Ringnut 13 mittig zur radialen Breitenerstreckung des Reibringes 3 angeordnet ist. Abweichend hierzu ist es auch möglich, über die radiale Breite des Reibringes 3 verteilt mehrere im Durchmesser kleinere Ringnuten 13 mit Ringkörper 14 anzuordnen, wobei allerdings die Relativdrehbarkeit der Stirnflächen 9 und 10 ausgeschlossen wird. Um diese beizubehalten, können auch gleichachsig zueinander, also zueinander konzentrisch mehrere Ringnuten 13 mit Ringkörpern 14 jeweils unterschiedlichen Durchmessers angeordnet sein. Die axiale Tiefe der Ringnuten 13 auf der nichtbeaufschlagten Seite des Reibringes 3 wird dabei zweckmäßig derart bemessen, daß sie geringer ist als die axiale Breite der Ringsegmente 4 bzw. 5 in deren Verschleißendzustand. Hierdurch wird ausgeschlossen, daß die Ringnuten 13 bei Verschleiß des Reibringes 3 aufgeschliffen werden.

Die Ausführung der Bremsscheibe gemäß den Fig. 2 und 3 entspricht weitgehend der Ausführung nach Fig. 1. Die Ringsegmente 4 und 5 sind nahe der Stoßstellen, in den Fig. 2 und 3 ist nur die Stoßstelle 6 dargestellt, mittels jeweils zweier als bolzenartige Halterungselemente dienender Schrauben 11 gehaltert: An jedem Ende eines Ringsegments 4 bzw. 5 sind radial zur Ringnut 13 versetzt jeweils zwei Schrauben 11 als Halterungselemente angeordnet, wobei diese nicht gleichartig ausgebildet sein müssen. Die Halterungselemente können dabei zweckmäßig in bekannter Weise geeignet zur Aufnahme von Wärmedehnungen gestaltet sein, das aufgeschnittene Halterungselement zeigt beispielsweise einen Aufbau gemäß der EP-B 0 159 639.

Bei der Bremsscheibe nach Fig. 2 und 3 ist der Reibring 3 mit zu den Ringnuten 13 koaxialen, zylindrischen Ausnehmungen 15 versehen, die jeweils zumindest annähernd halbzylindrisch in die einander gegenüberstehenden Stirnflächen 9 und 10 zweier Ringsegmente 4 und 5 eingreifen und deren Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Ringnuten 13. Die Ausnehmungen 15 sind zumindest zur nichtbeaufschlagten Seite des Reibringes 3 hin offen, wie es Fig. 3 zeigt; gemäß der linksseitigen Darstellung der Fig. 3 können die Ausnehmungen 15 mit verringertem Durchmesser auch zur bremsbackenbeaufschlagten Seite des Reibringes 3 hin offen sein, wobei die Öffnung etwa für die Tiefe des Verschleißbereiches des Reibringes 3 angefast ist. In den zylindrischen Ausnehmungen 15 befindet sich je eine Kreisscheibe 16, welche ihre Ausnehmung 15 zumindest nahezu vollständig ausfüllt. Aus den Fig. 2 und 3 ist weiterhin ersichtlich, daß der Übergang von der bremsbackenbeaufschlagbaren Fläche der Ringsegmente 4 und 5 zu deren Stirnflächen 9 und 10 vermittels Schrägflächen 17 gefast ist.

In Abänderung ist es möglich, die zylindrische Ausnehmung 15 durch eine kugelförmige Ausnehmung und die Kreisscheibe 16 durch eine Kugel zu ersetzen, welche die kugelförmige Ausnehmung zumindest nahezu vollständig ausfüllt.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele weisen an den Stoßstellen 6 und 7 jeweils Luftspalte 18 auf, wie sie aus Fig. 2 und 3 deutlich ersichtlich sind. Um die Ringsegmente 4 und 5 zu einem weitgehend in sich starren Reibring 3 zusammenzufügen, ist eine Ausbildung gemäß Fig. 4 zweckmäßig. Bei der Ausführung nach Fig. 4 sind an den Stoßstellen, es ist nur die Stoßstelle 6 dargestellt, die gegenüberstehenden Stirnflächen 9 und 10 der beiden Ringsegmente 4 und 5 vermittels einer Verzahnung ineinander eingreifend und aneinander anliegend ausgebildet. In Verbindung mit den in die Ringnut 13 eingesetzten Ringkörper 14 gewährleistet die Verzahnung die Aufnahme bzw. Übertragung großer Scherkräfte an der Stoßstelle 6 Die Verzahnung läßt sich beim Fertigen der Ringsegmente 4 und 5 durch Brechen eines geschlossen ringförmigen Ausgangskörpers erzielen: die Bruchrauhigkeit stellt hierbei eine ausgezeichnete Verzahnung in allen Richtungen der Ebene der Stoßstelle 6 dar.

Abweichend zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der in eine Ringnut 13 eingesetzte Ringkörper 14 aus mehreren konzentrischen Einzelringen zusammengesetzt sein. Hierdurch wird der Ringkörper 14 in seinem Querschnitt biegeweicher, wodurch er sich gegebenenfalls auftretenden, elastischen Verformungen der Ringnut 13 besser anpassen kann. Es ist auch möglich, den Ringkörper 14 aus einem Faserverbundwerkstoff zu fertigen. Der Querschnitt der Ringnut 13 und des Ringkörpers 14 können von der in Fig. 3 dargestellten Rechteckgestalt abweichen, er kann halbkreisförmig oder U-förmig oder dergleichen sein. Unter Inkaufnahme eines nicht vollständigen Ausfüllens der dargestellten Ringnut kann der Ringkörper 14 auch einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt aufweisen.

Die beanspruchte Ausbildung ist hinsichtlich der Stoßstellen auch bei Achsbremsscheiben mit geteiltem Reibring möglich, der Tragkörper gehört dabei im allgemeinem einem Nabenteil zu.

Claims (13)

1. Bremsscheibe für Scheibenbremsen, mit einem einseitig von wenigstens einer Bremsbacke beaufschlagbaren Reibring (3), der aus wenigstens zwei Reibringsegmenten (4, 5) besteht, deren jedes Ringsegment (4, 5) an einem Tragkörper (2) gehaltert ist, mit an den Stoßstellen (6, 7) der Ringsegmente (4, 5) deren gegenüberstehende Enden verbindenden, zumindest radiale Relativverschiebungen der Ringsegmente (4, 5) ausschließenden Verbindungselementen, und mit Aussparungen (13), die auf zumindest einer Seite des Reibringes (3) zu dem Tragkörper hin offen und zu den Stoßstellen (6, 7) der Ringsegmente (4, 5) symmetrisch angeordnet sind, wobei ihre Tiefe geringer als die axiale Breite der Ringsegmente (4, 5) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring (3) als Aussparungen die Stoßstellen (6, 7) überbrückend angeordnete Ringnuten (13) aufweist, deren Achsen parallel zur Achse des Reibringes (3) verlaufen, und daß in jede Ringnut (13) ein diese zumindest annähernd vollständig ausfüllender, die Stoßstelle (6, 7) überbrückender Ringkörper (14) eingesetzt ist.

2. Bremsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sieh die Ringnuten (13) nur auf der nichtbeaufschlagten Seite des Reibringes (3) befinden und daß ihre Tiefe geringer als die axiale Breite der Ringsegmente (4, 5) in deren Verschleißendzustand ist.

3. Bremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je Stoßstelle (6, 7) eine Ringnut (13) mit einem Ringkörper (14) vorgesehen ist, deren gemeinsame Achse, bezogen auf die zur Bremsscheibe radiale Erstreckung der Stoßstelle (6, 7), im mittleren Bereich der Stoßstelle (6, 7) verläuft.

4. Bremsscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Durchmesser der Ringnut (13) etwa der halben, radialen Breite der Ringsegmente (4, 5) entspricht.

5. Bremsscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente (4, 5) nahe der Stoßstellen (6, 7) und zu den Ringnuten (13) radial versetzt vermittels im wesentlichen bolzenartiger Halterungselemente mit dem Tragkörper (2) verbunden sind.

6. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring (3) mit zu den Ringnuten (13) koaxialen, zylindrischen Ausnehmungen (15) versehen ist, die jeweils zumindest nahezu halbzylindrisch in die einander gegenüberstehenden Stirnflächen (9, 10) zweier Ringsegmente (4, 5) eingreifen, deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Ringnuten (13) ist und welche zumindest zur nichtbeaufschlagten Seite des Reibringes (3) offen sind, und daß in jede zylindrische Ausnehmung (15) eine diese zumindest nahezu vollständig ausfüllende Kreisscheibe (16) eingesetzt ist (Fig. 2, 3).

7. Bremsscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Ausnehmungen (15) zur bremsbackenbeaufschlagbaren Seite des Reibringes (3) hin mit verringertem Durchmesser offen sind und für annähernd die Tiefe des Verschleißbereiches des Reibringes (3) angefast enden.

8. Bremsscheibe nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring mit zentrisch zu den Ringnuten liegenden, kugelartigen Ausnehmungen versehen ist, welche jeweils halbkugelig in die einander gegenüberstehenden Stirnflächen zweier Ringsegmente eingreifen, deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Ringnuten ist, und daß in jede kugelartige Ausnehmung eine diese zumindest nahezu vollständig ausfüllende Kugel eingesetzt ist.

9. Bremsscheibe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßstellen (6, 7) einen Luftspalt (18) zwischen den gegenüberstehenden Stirnflächen (9, 10) zweier Ringsegmente (4, 5) aufweisen, der von dem Ringkörper (14) und bei Ausbildung nach Anspruch 6 zusätzlich der Kreisscheibe (16) überbrückt ist.

10. Bremsscheibe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von der bremsbackenbeaufschlagbaren Fläche eines Ringsegmentes (4, 5) zu dessen Stirnfläche (9, 10) vermittels einer Schrägfläche (17) gefast ist (Fig. 3).

11. Bremsscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stoßstellen (6) die gegenüberstehenden Stirnflächen (9, 10) zweier Ringsegmente (4, 5) mit einer Verzahnung ineinandergreifend aneinander anliegen (Fig. 4).

12. Bremsscheibe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringsegmente (4, 5) durch Brechen eines Ringkörpers gefertigt sind, wobei die Bruchrauhigkeit die Verzahnung bildet (Fig. 4).

13. Bremsscheibe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Radbremsscheibe für Schienenfahrzeuge, wobei der Tragkörper eine Radscheibe (2) ist.