DE602005000056T2

DE602005000056T2 - Bremsscheibe

Info

Publication number: DE602005000056T2
Application number: DE602005000056T
Authority: DE
Inventors: Marek 74243 Martinasek; Vladimir Vampola; Radim Zima
Original assignee: Bonatrans A S; BONATRANS AS
Current assignee: Bonatrans A S; BONATRANS AS
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: CZ294945B6; ES2270405T3; DE602005000056D1; PT1582762E; ATE335142T1; SI1582762T1; CZ2004430A3; EP1582762B1; PL1582762T3; EP1582762A1

Description

Gebiet der Technik
Diese Erfindung betrifft eine Konstruktion einer Bremsscheibe, vorzugsweise einer Bremsscheibe zur Anwendung in Schienenfahrzeugen aller Typen, wo die Fahrzeuge der Hochtemperaturbeanspruchung ausgesetzt sind, wenn sie die kinetische Energie des Fahrzeuges absorbieren. Die Bremsscheiben können sowohl in Fahrzeugen mit hoher Geschwindigkeit und niedrigerem Gewicht, als auch mit niedrigerer Geschwindigkeit und hohem Gewicht pro Achswelle angewendet werden.
Stand der Technik
Die bisher bekannten Konstruktionen der Bremsscheiben sind durch eine Nabe gebildet, wobei zu dieser Nabe durch verschiedene Methoden Kränze der Bremsscheibe befestigt sind. Die Kränze stellen die eigentlichen Reibflächen der Bremsscheibe dar. Die Nabe der Scheibe dient zur Befestigung der Bremsscheibegruppe zu der eigentlichen Achswelle des Schienenfahrzeuges. Die Verbindung zwischen dem Kranz der Bremsscheibe und der Nabe der Bremsscheibe muss zuerst eine sichere Übertragung des Drehmoments sicherstellen, aber auf der anderen Seite, diese Verbindung muss aus dem Grunde der Aufwärmung beim Bremsen auch eine Ausdehnung des Kranzes sowohl in axialer, als auch in radialer Richtung ermöglichen. Es sind viele Methoden der Befestigung des Kranzes der Bremsscheibe auf der Nabe der Bremsscheibe bekannt. Die häufigsten Befestigungsmethoden sind die Schraubenverbindungen, die mit verschiedenen Hüllen, Büchsen und Federn, flexiblen elastischen Stiften, Keilverbindungen, oder mit anderen von der Lösung der Verbindungsform abhängigen Verbindungselementen mit verschiedenen Deformationselementen versehen sind. Siehe zum Beispiel die in WO-A-00 63575 oder WO-A-97 33100 beschriebene Lösung. Es sind auch Verbindungs elementen bekannt, die als dünne und lange Elementen konstruiert sind, die flexibel deformiert werden können.
Ein Nachteil der oben zitierten und beschriebenen Lösungen ist es, dass sie im Falle der hohen thermischen Belastungen, die erfordern relativ große Ausdehnungen zu ermöglichen, begrenzt anwendbar sind, weil diese Systeme nicht flexibel genug sind um sie zu erlauben. Die Verbindungen brauchen sich ab und deren Material wird nachfolgend durch Ermüdung bleibend beschädigt. Ein anderer Nachteil ist es auch, dass die Verbindungen, die die Übertragung des Drehmoments zwischen dem Kranz und der Nabe der Bremsscheibe gewährleisten, in manchen Fällen erzeugungstechnisch und materiell anspruchsvoll sind.
Wesen der Erfindung
Die oben erwähnten Nachteile sind im wesentlichen durch eine Bremsscheibe für hohe Beanspruchung beseitigt, die besonders in Schienenfahrzeugen anwendbar ist, die rund um ihre Achse rotiert und aus einer mit einer Tragplatte versehener Nabe, einem aus zwei Bremsreibplatten gebildeten Kranz besteht, wobei diese Bremsreibplatten durch Durchgangsbohrungen in der Tragplatte mit Verbindungselementen zusammen verbunden sind, wobei diese Verbindungselemente mit Ausdehnungsgliedern versehen sind, wobei die Bremsscheibe darin besteht, dass sie eine Tragplatte beinhaltet, die mit regelmäßig rund um den Bremsscheibeumfang sich wiederholenden, geformten Schnitten versehen ist, wobei jeder von den Schnitten sowohl aus dem Verbindungsgebiet in dem Bereich des ersten Umfangswinkels zwischen dem ersten auf dem Umfang der Tragplatte mit Außenradius R1 liegendem Punkt und dem in dem Schnitt der Tragplatte in dem Abstand R3 von der Rotationsachse liegendem mittleren Punkt, als auch aus dem flexiblen, elastischen Gebiet in dem Bereich des zweiten Umfangswinkels zwischen dem mittleren Punkt und dem letzten Punkt des geformten Schnitts der Tragplatte besteht, wobei dieser letzte Punkt im Abstand R5 von der Rotationsachse liegt, und wobei der restliche Abschnitt in dem Bereich des dritten Umfangswinkels zwischen dem letzten Punkt eines geformten Schnitts und dem ersten Punkt des nächsten geformten Schnitts ein verfestigendes Gebiet der Tragplatte bildet.
In einer bevorzugten Ausführung der Bremsscheibe ist jeder geformter, in der Tragplatte gemachter Schnitt im seinen flexiblen, elastischen Teil zwischen zwei Punkten in der Tragplatte auf verschiedenen Abständen von der Rotationsachse mit einer Form versehen, die in zylindrischen Koordinaten mit Funktionen:
r = f(p) = K1.p³ + K2.p² + K3.p + R3 und u = f(p) = U2.P definiert ist, wobei der Parameter p im Bereich p(B, C) = <0;1> liegt, die Konstanten K1, K2, und K3 in dieser Reihenfolge in Bereichen:
K1 = <-70;-150>, K2 = <0;130> und K3 = <-100;20> liegen, und U2 der Wert des zweiten Umfangswinkels ist.
Die Bremsscheibe ist vorzugsweise so geformt, dass die Tragplatte mindestens mit drei regelmäßig geformten Schnitten rund um den Umfang versehen ist.
Die geformten Schnitte sind vorzugsweise so geformt, dass der Abstand vom mittleren Punkt zu der Rotationsachse am Abstand R3 im Bereich des 0,8- bis 0,95-fachen des äußeren Radius R1 der Tragplatte liegt.
Der Abstand des letzten Punktes jedes geformten Schnittes zu der Rotationsachse ist auf dem Abstand R5 vorzugsweise im Bereich des 0,5- bis 0,7-fachen des äußeren Radius der Tragplatte.
Die Tragplatte der Bremsscheibe, zu der die Bremsreibungsplatten befestigt sind, ist auf der Nabe der Bremsscheibe mit Hilfe der bisher allgemein bekannten und angewendeten Methoden befestigt, das ist mit Hilfe der Schrauben, Zapfen, Stiften, flexiblen elastischen Stiften, usw., oder die Tragplatte ist direkt ein Teil der Nabe, das ist es ist erzeugt mit der Nabe als ein Stück. Die Nabe der Bremsscheibe ist auf der Achswelle eines Radsatzes aufgepresst.
Die regelmäßigen, geformten Schnitte laufen durch die ganze Dicke der Tragplatte der Bremsscheibe und sie sind mit der Methode der Endelementen entworfen und geformt. Drei, sich regelmäßig wiederholende oder abwechselnde Gebiete, die rund um den Umfang der Tragplatte situiert sind, sind in der Tragplatte durch diese geformten Schnitte gebildet. Das erste Gebiet der Tragplatte ist das Befestigungsgebiet, wo Durchgangsbohrungen situiert sind. Durch diese Durchgangsbohrungen gehen die Verbindungselemente für Verbindung der beiden Bremsreibungsplatten hin. In der empfohlenen Konstruktion der Bremsscheibe ist die Größe des ersten Umfangswinkels im Bereich von 1/24 bis 1/12 des Tragplatteumfangs. Der zweite Teil der Tragplatte ist der flexible, elastische Teil, der eine radiale, durch die Erwärmung der Bremsscheibe verursachte Deformation ermöglicht. Das dritte Gebiet der Tragplatte ist das die Festigkeit gewährleistende Gebiet. Das dritte Gebiet gewährleistet genügende Festigkeit und Widerstandsfähigkeit der ganzen Gruppe des Kranzes der Bremsscheibe, wobei die empfohlene Größe des dritten Umfangswinkels im Bereich von 1/90 bis 1/24 des Tragplatteumfangs ist.
Um die vorteilhaftesten Resultate aus dem Sichtpunkt der Möglichkeit einer radialen Deformation aus dem Bremsen zu erreichen, ist es empfohlen, die das Gewicht senkende, geformte Schnitte in dem zweiten, flexiblen, elastischen Teil der Tragplatte in dem Bereich des zweiten Umfangswinkels so zu formen, dass die geformten Schnitte die Form einer durch einen Polynom des dritten Grades in Kombination mit einer Gerade, einer durch einen Teil eines Kreisbogens, oder einer durch eine Kurve des dritten Grades definierten Kurve haben. Die Schnitte in der Tragplatte sind vorzugsweise durch solche Technologie hergestellt, dass eine genügende Form- und dimensionale Genauigkeit versichert ist, und dass gleichzeitig die Materialstruktur der Tragplatte durch die Wärmeentwicklung bei der Erzeugung der Schnitte minimal beeinflusst ist. Es wird empfohlen die Breite der Schnitte nicht größer als 2 mm zu machen.
Ein Vorteil einer solchen Bremsscheibe ist es, dass die Flexibilität und Elastizität des ganzen Systems nicht nur durch die Verbindungselemente, sondern auch durch die Tragplatte der Bremsscheibe mit geformten Schnitten gewährleistet ist. Die Länge und Form der geformten Schnitten sind so optimiert, dass während der durch Bremsen verursachter intensiver Aufwärmung und der folgenden Ausdehnung die maximalen Deformationen der Bremsscheibe in radialer Richtung ermöglicht sind.
Die Tragplatte und die Nabe der Bremsscheibe sind vorwiegend aus Stahl erzeugt, die Bremsreibungsplatten sind aus Gusseisen, oder aus Stahl, beziehungsweise aus Kompositen hergestellt.
Übersicht der Abbildungen auf den Zeichnungen
Die Erfindung mit deren verschiedenen Aspekten wird jetzt mit Hinweis auf Zeichnungen der Erfindung beschrieben, in denen: 1 eine Querschnittansicht einer Hälfte der Bremsscheibe und
2 eine Draufsicht der alleinstehender Platte der Brennscheibe ist.
Beispiel der Erfindungsausführung
Die in der 1 dargestellte Bremsscheibe steht aus einer mit einer Tragplatte 2 versehene Nabe 1, einem aus zwei Bremsreibungsplatten 3, 4 mit eigentlichen Kontaktreibungsflächen 3A und 4A für Bremsung gebildeten Kranz, und aus Verbindungselementen 5 mit Ausdehnungsgliedern 6 zusammen. Die Bremsscheibe ist ein rund um die Achse Z rotationssymmetrischer Teil. Die Verbindungselemente 5 befestigen beide Bremsreibungsplatten 3, 4 zu der Tragplatte 2 der Nabe 1. Die Tragplatte 2 weist Außenradius R1 und Dicke T auf.
Die eigentliche Tragplatte 2 der Bremsscheibe gemäß 2 weist Außenradius R1 auf. Auf dem Teilungskreis mit Radius R2 im Bereich des 0,65 bis 0,85-fachen des Außenradius R1 gibt es regelmäßig verteilte Durchgangsbohrungen für die Verbindungselemente 5. Entlang des Umfangs der Tragfläche 2 gibt es sechs identisch geformte, sich regelmäßig wiederholende Schnitte. Jeder geformte Schnitt besteht aus zwei Gebieten, die durch einzelne Umfangswinkel U1 und U2 abgegrenzt sind. Zwischen dem ersten, auf dem äußeren Radius R1 der Tragplatte 2 sich vorkommenden Punkt A und dem im Querschnitt der Tragfläche 2 auf der Distanz R3 von der Rotationsachse Z, wobei die Distanz R3 im Bereich des 0,8- bis 0,95-fachen des äußeren Radius R1 ist, sich vorkommendem mittleren Punkt B, befindet sich das erste Gebiet des geformten Schnitts. Das erste Gebiet des geformten Schnitts definiert den Sektor der Tragplatte 2 im Bereich des ersten Umfangswinkels U1, wobei der erste Umfangswinkel U1 ist so gewählt, dass er im Bereich von 1/24 bis 1/12 des Umfangs der Tragplatte 2 ist. Dieses erste Gebiet stellt den zur Verbindung der Bremsreibungsplatten 3, 4 zu der Tragplatte 2 dienenden Befestigungsbereich dar. Der geformte Schnitt vom mittleren Punkt B zu dem im Abstand R4 von der Achse Z der Rotation situierten Punkt C stellt das Gebiet dar, das durch ein Polynom des dritten Grades geformt ist, und in den zylindrischen Koordinaten r, u hat die Kurve in der Region vom mittleren Punkt B bis zum Punkt C die Form, die durch die Ausdrücke r = f(p) = K1.p³ + K2.p² + K³.p + R³ und u = f(p) = U2.p gegeben ist, wobei der Parameter p im Bereich p(B, C) = <0;1> liegt und die Konstanten K1, K2, und K3 in dieser Reihenfolge in Bereichen K1 = <-70;-150>, K2 = <0;130>, K3 = <-100;20> liegen. Der letzte Teil des geformten Schnittes, der von dem Punkt C zu dem letzten Punkt D verläuft, ist. durch eine Linie geformt, wobei der letzte Punkt D im Abstand R5 zu der Achse Z der Rotation situiert ist, welcher Abstand R5 im Bereich des 0,5- bis 0,7-fachen des Außenradius R1 ist. Das Gebiet zwischen dem mittleren Punkt B und dem letzten Punkt D, in dem Bereich des zweiten Umfangswinkel U2, stellt das zweite, flexible, elastische Gebiet der Tragplatte 2 für Sicherstellung vornehmlich der radialen Deformation der Bremsscheibe durch Wärme dar, wobei die Wärme durch das Bremsen produziert wird. Das dritte Gebiet in dem Bereich des dritten Umfangswinkels U3 ist das Gebiet zwischen dem letzten Punkt D eines geformten Schnittes und dem ersten Punkt A des nächsten geformten Schnittes. Das dritte Gebiet ist das die Festigkeit bringendes Gebiet der Tragplatte 2. Der dritte Umfangswinkel U3 ist dabei im Bereich von 1/90 bis 1/24 des Umfangs der Tragplatte 2 gewählt.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Bremsscheibe gemäß dieser Erfindung findet Anwendung in allen Typen der Schienenfahrzeugen, die mit einer Bremsscheibe versehen sind, insbesondere in den Schienenfahrzeugen für Personenverkehr, einschließlich des Schnellverkehrs.

Claims

Bremsscheibe für hohe Beanspruchung, die besonders in Schienenfahrzeugen anwendbar ist, die rund um ihre Achse (Z) rotiert und aus einer mit Tragplatte (2) versehener Nabe (1), einem aus zwei Bremsreibplatten (3, 4) gebildeten Kranz besteht, wobei diese Bremsreibplatten (3, 4) durch Durchgangsbohrungen in der Tragplatte (2) mit Verbindungselementen (5) zusammen verbunden sind, wobei diese Verbindungselemente (5) mit Ausdehnungsgliedern (6) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (2) mit regelmäßig rund um den Bremsscheibeumfang sich wiederholenden, geformten Schnitten versehen ist, wobei jeder von den Schnitten sowohl aus dem Verbindungsgebiet in dem Bereich des ersten Umfangswinkels (U1) zwischen dem ersten auf dem Umfang der Tragplatte (2) mit Außenradius (R1) liegendem Punkt (A) und dem in dem Schnitt der Tragplatte (2) in dem Abstand (R3) von der Rotationsachse (Z) liegendem mittleren Punkt (B), als auch aus dem flexiblen, elastischen Gebiet in dem Bereich des zweiten Umfangswinkels (U2) zwischen dem mittleren Punkt (B) und dem letzten Punkt (D) des geformten Schnitts der Tragplatte (2) besteht, wobei dieser letzte Punkt (D) im Abstand (R5) von der Rotationsachse (Z) liegt, wobei der restliche Teil in dem Bereich des dritten Umfangswinkels (U3) zwischen dem letzten Punkt (D) eines geformten Schnitts und dem ersten Punkt (A) des nächsten geformten Schnitts ein verfestigendes Gebiet der Tragplatte (2) bildet.
Bremsscheibe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder geformter, in der Tragplatte (2) gemachter Schnitt in dem flexiblen, elastischen Teil zwischen zwei Punkten (B, C) mit einer Form versehen ist, die in zylindrischen Koordinaten (r, u) mit Funktionen: r = f(p) = K1.p³ + K2.p² + K3.p + R3 und u = f(p) = U2.P definiert ist, wobei der Parameter p im Bereich p(B, C) = <0;1> liegt, und die Konstanten K1, K2, und K3 in dieser Reihenfolge in Bereichen: K1 = <-70;-150>, K2 = <0;130> und K3 = <-100;20> liegen.
Bremsscheibe gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte (2) mindestens mit drei regelmäßig geformten Schnitten rund um den Umfang versehen ist.
Bremsscheibe gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand vom mittleren Punkt (B) zu der Rotationsachse (Z) am Abstand (R3) im Bereich des 0,8- bis 0,95-fachen des äußeren Radius (R1) der Tragplatte (2) liegt.
Bremsscheibe gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des letzten Punktes (D) zu der Rotationsachse (Z) auf dem Abstand (R5) im Bereich des 0,5-bis 0,7-fachen des äußeren Radius (R1) der Tragplatte (2) ist.