EP3207272A1 - Wellenbremsscheibe insbesondere für ein schienenfahrzeug - Google Patents

Wellenbremsscheibe insbesondere für ein schienenfahrzeug

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EP3207272A1
EP3207272A1 EP15771558.2A EP15771558A EP3207272A1 EP 3207272 A1 EP3207272 A1 EP 3207272A1 EP 15771558 A EP15771558 A EP 15771558A EP 3207272 A1 EP3207272 A1 EP 3207272A1
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EP
European Patent Office
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brake disk
support elements
shaft brake
shaft
retaining tabs
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15771558.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Walther
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Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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    • F16D65/0006—Noise or vibration control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
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    • F16D65/123—Discs; Drums for disc brakes comprising an annular disc secured to a hub member; Discs characterised by means for mounting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D65/128—Discs; Drums for disc brakes characterised by means for cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/02—Braking members; Mounting thereof
    • F16D2065/13—Parts or details of discs or drums
    • F16D2065/134—Connection
    • F16D2065/1388—Connection to shaft or axle

Definitions

  • the invention relates to a shaft brake disk in particular for a rail vehicle according to the preamble of claim 1.
  • the shaft brake disc To connect a shaft brake disc to a vehicle-side hub o- the shaft of a rail vehicle retaining tabs are formed on an inner circumference of the shaft brake disk, which are also connected to two parallel and spaced apart friction rings, such as support elements, which connect the two friction rings together.
  • the shaft brake disc is designed as a casting, so that the retaining tabs and the support elements are molded during casting.
  • the support elements which also extend at a distance from each other, not only serve to connect the two friction rings with each other, but form
  • Cooling elements to dissipate the generated during a braking friction heat can be different, round, non-round or angular.
  • excitation of natural frequencies can occur which lead to a bending line course which extends over the center of the brake disk and which leads to considerable loads on the brake disk.
  • continuous operation can be caused by the excitation of frequencies near or equal to the natural frequency, a noise of the lining / disc combination, the brake disc then acts in the sense of a generated speaker.
  • the generated sounds can sometimes be very loud and uncomfortable and limit the comfort significantly.
  • the indicated danger means unacceptable safety risk, but at least a shorter life than it would be by the pure abrasion of the friction rings.
  • the invention has for its object to further develop a shaft brake disk of the generic type so that it is improved with low design and manufacturing effort in their reliability and increased in their life.
  • a shaft brake disk with the features of claim 1.
  • the inventive design of the shaft brake disk according to which the number of retaining tabs and / or the support elements of a prime number, prevents a bending line course over the center of the shaft brake disk. This also significantly improves the overall comfort characteristics of the brake.
  • the invention provides an asymmetrical number of retaining tabs, a tendency to form natural frequencies is effectively suppressed, and in bending modes, the friction discs are forced to support themselves against the retaining tabs instead of tilting them.
  • a monobloc brake disc which has no retaining tabs and in which only the support elements are arranged according to the invention.
  • the retaining tabs are arranged at the same angular distance from each other, wherein the number is greater than two.
  • the number of retaining tabs within the primes crowd is freely selectable, but limited by the technical feasible and meaningful.
  • a number of 13 retaining tabs has been shown, which are each connected in a conventional manner to the mutually facing inner sides of the friction rings and project into the limited by the inner circumference of the interior, more or less in the sense of a toothing.
  • two support elements each are arranged between two retaining tabs, which are positioned on a first, inner circular path and are assigned to the radially outer edge region of the retaining tabs.
  • Circular tracks lying support elements are each present in a number of 29.
  • the number of support elements per circumferential row is variable. It is only important that the respective number is equal to a prime number.
  • the new shaft brake disk can be produced cost-neutral, being, as before, designed as a cast part.
  • the retaining tabs may correspond in shape to the known, that is, they are formed block-like and protrude quasi as a toothing radially inwardly beyond the friction ring pairing.
  • Figure 1 is a shaft brake disc according to the invention in a perspective view
  • Figure 2 is a sectional plan view of the shaft brake disc.
  • a shaft brake disc 1 is shown for a rail vehicle having two parallel and spaced apart friction rings 2. These friction rings 2 are connected to one another by a plurality of support elements 4 and likewise cast onto the friction rings 2, such as retaining lugs 3, which serve to connect to a vehicle-side hub or shaft (not shown).
  • These retaining tabs 3 project radially inwardly toward the center axis of the shaft brake disk and protrude beyond an inner circumference 8 of the friction rings 2.
  • the support elements 4 are arranged on several concentric circular paths 6 each with the same angular distance from each other. According to the invention, the number of retaining tabs 3 and arranged on at least one concentric circular path 6 supporting elements 4 corresponds to a prime number.
  • these are a total of three rows, while on an inner circular path 7, which extends approximately in the head region of the retaining tabs 3, a different number of support elements 4 is arranged, in the example between two retaining tabs 3 two support elements.
  • the illustrated shaft brake disk 13 has retaining tabs 3, while the support elements 4 arranged in four outer concentric circular tracks 6 are each provided in a number of 29.
  • the support elements 4 are pin-shaped, that is formed with a round cross-section, with her coat in the broadest sense has the shape of an hourglass. However, this shape is only to be seen as an example. Also conceivable are other cross-sectional shapes such as oval, triangular or with rounded edges and other spatial forms.
  • the number of support elements 4 on the respective circular paths 6 can vary, but always corresponding to the number of prime numbers. As shown, the support elements 4 on adjacent circular paths 6 in the circumferential direction offset from each other, preferably in each case by half a distance between two support elements 4 a circular path 6. Also on the inner circular path 7, in contrast to the example shown, a number of support elements 4th be provided, which corresponds to a prime number.

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Abstract

Eine Wellenbremsscheibe, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, mit zwei parallel und abständig zueinander angeordneten Reibringen (2), die durch eine Vielzahl von Stützelementen (4) miteinander verbunden sind, und/oder mit mehreren, am Innenumfang angeordneten Haltelaschen (3) zur Verbindung mit einer fahrzeugseitigen Nabe oder Welle, ist so ausgebildet, dass die Anzahl der Haltelaschen (3) und/oder die Anzahl der auf zumindest einer gedachten konzentrischen Kreisbahn (6) angeordneten Stützelemente (4) einer Primzahl entspricht.

Description

Wellenbremsscheibe insbesondere für ein Schienenfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Wellenbremsscheibe insbesondere für ein Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Zur Verbindung einer Wellenbremsscheibe an einer fahrzeugseitigen Nabe o- der Welle eines Schienenfahrzeuges sind an einem Innenumfang der Wellenbremsscheibe Haltelaschen angeformt, die ebenso an zwei parallel und abständig zueinander angeordneten Reibringen angeschlossen sind, wie Stütze- lemente, die die beiden Reibringe miteinander verbinden. Dabei ist die Wellenbremsscheibe als Gussteil ausgebildet, so dass die Haltelaschen und die Stützelemente beim Gießen mit angeformt werden.
Die Stützelemente, die gleichfalls mit Abstand zueinander verlaufen, dienen nicht nur der Verbindung der beiden Reibringe miteinander, sondern bilden
Kühlelemente, um die bei einem Bremsvorgang entstehende Reibwärme abzuführen. Der Querschnitt dieser als Stifte oder Rippen ausgebildeten Stützelemente kann unterschiedlich sein, rund, unrund oder eckig. Wie sich gezeigt hat, kann es im Betrieb, also bei Bremsungen, zu einer Anregung von Eigenfrequenzen kommen, die zu einem Biegelinienverlauf führen, der sich über das Zentrum der Bremsscheibe erstreckt und die zu erheblichen Belastungen der Bremsscheibe führen. Im Dauerbetrieb kann durch das Anregen von Frequenzen nahe oder gleich der Eigenfrequenz eine Geräuschbildung der Belag- /Scheibenkombination hervorgerufen werden, wobei die Bremsscheibe dann im Sinne eines erzeugten Lautsprechers fungiert. Die erzeugten Geräusche können mitunter sehr laut und unangenehm sein und den Komfort deutlich einschränken.
Im Dauerbetrieb kann es zu Rissbildungen der Reibringe und/oder Haltelaschen kommen, bis hin zum Bruch. Auch können sich die Verbindungen zwischen den Haltelaschen und der Nabe des Fahrzeuges, üblicherweise
Schraubverbindungen lösen. In jedem Fall bedeutet die aufgezeigte Gefahr ein nicht hinnehmbares Sicherheitsrisiko, zumindest jedoch eine kürzere Standzeit als sie durch den reinen Abrieb der Reibringe wäre.
Ein dadurch erforderlicher frühzeitiger Austausch der Wellenbremsscheibe bzw. eine zusätzlich vorzeitige Prüfung der Schraubverbindung, führt zu erheblichen Kosten, die sich sowohl aus den Beschaffungskosten der Wellenbremsscheibe selbst wie auch aus den erforderlichen Montagekosten und den Stillstandszeiten des Schienenfahrzeuges ergeben. Einer stets geforderten Kostenoptimierung wird die Wellenbremsscheibe nach dem Stand der Technik da- her nicht gerecht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenbremsscheibe der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass sie mit geringem konstruktivem und fertigungstechnischem Aufwand in ihrer Funktionssicherheit verbessert und in ihrer Standzeit erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Wellenbremsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Wie sich überraschend gezeigt hat, wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wellenbremsscheibe, nach der die Anzahl der Haltelaschen und/oder der Stützelemente einer Primzahl entspricht, verhindert, dass ein Biegelinienverlauf über das Zentrum der Wellenbremsscheibe erfolgt. Dies verbessert auch die Komforteigenschaft der Bremse insgesamt deutlich.
Da sich durch die Erfindung eine asymmetrische Anzahl der Haltelaschen ergibt, wird eine Neigung zur Ausbildung von Eigenfrequenzen wirksam unterdrückt, wobei bei Biegemodi die Reibscheiben dazu gezwungen sind, sich an den Haltelaschen abzustützen, statt um diese zu kippen.
Diese Vorteile ergeben sich auch bei einer Monoblockbremsscheibe, die keine Haltelaschen aufweist und bei der ausschließlich die Stützelemente gemäß der Erfindung angeordnet sind. Bevorzugt sind die Haltelaschen im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet, wobei deren Anzahl größer als zwei ist. Prinzipiell ist die Anzahl der Haltelaschen innerhalb der Primzahlen-Schar frei wählbar, allerdings begrenzt durch das technische mögliche und sinnvolle. Als bevorzugt hat sich eine Anzahl von 13 Haltelaschen gezeigt, die jeweils in an sich bekannter Weise an den einander zugewandten Innenseiten der Reibringe angeschlossen sind und in den durch deren Innenumfang begrenzten Innenraum ragen, quasi im Sinne einer Verzahnung.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sind zwischen zwei Haltelaschen jeweils zwei Stützelemente angeordnet, die auf einer ersten, inneren Kreisbahn positioniert sind und dabei dem radial äußeren Randbereich der Haltelaschen zugeordnet sind.
Auf weiteren konzentrischen gedachten Kreisbahnen sind ebenfalls Stützelemente angeordnet und zwar radial versetzt zueinander, wobei deren Anzahl erfindungsgemäß jeweils ebenfalls einer Primzahl entspricht. Ebenso wie die Haltelaschen sind auch die Stützelemente der jeweiligen Kreisbahn in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet.
Beim genannten Beispiel von 13 Haltelaschen ergibt sich somit eine Anzahl der den Haltelaschen zugeordneten Stützelemente von 26, während die radial nach außen abständig dazu angeordneten, auf den erwähnten konzentrischen
Kreisbahnen liegenden Stützelemente jeweils in einer Anzahl von 29 vorliegen.
Prinzipiell ist die Anzahl der Stützelemente pro umfänglicher Reihe variabel. Wesentlich ist nur, dass die jeweilige Anzahl gleich einer Primzahl ist.
Ebenso wie die Haltelaschen sollten auch die Stützelemente in einer Reihe im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet sein, so dass die auftretende Belastung gleichmäßig verteilt wird. Als weiterer Vorteil der Erfindung sei erwähnt, dass die neue Wellenbremsscheibe kostenneutral herstellbar ist, wobei sie, wie bisher, als Gussteil ausgebildet ist.
Die Haltelaschen können in ihrer Form den bekannten entsprechen, d.h., sie sind klotzartig ausgebildet und ragen quasi als Verzahnung radial nach innen über die Reibring-Paarung hinaus.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Wellenbremsscheibe in einer perspektivischen Ansicht Figur 2 eine geschnittene Draufsicht auf die Wellenbremsscheibe.
In den Figuren ist eine Wellenbremsscheibe 1 für ein Schienenfahrzeug dargestellt, die zwei parallel und abständig zueinander angeordnete Reibringe 2 aufweist. Diese Reibringe 2 sind durch eine Vielzahl von Stützelementen 4 mitei- nander verbunden und ebenso an die Reibringe 2 angegossen, wie Haltelaschen 3, die der Verbindung mit einer nicht dargestellten fahrzeugseitigen Nabe oder Welle dienen.
Diese Haltelaschen 3 ragen radial zur Mittelachse der Wellenbremsscheibe ge- richtet nach innen und stehen über einen Innenumfang 8 der Reibringe 2 vor.
Die Stützelemente 4 sind auf mehreren konzentrischen Kreisbahnen 6 jeweils mit gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet. Erfindungsgemäß entspricht die Anzahl der Haltelaschen 3 und die auf zumindest einer konzentrischen Kreisbahn 6 angeordneten Stützelemente 4 einer Primzahl.
Im Beispiel sind dies insgesamt drei Reihen, während auf einer inneren Kreis- bahn 7, die etwa im Kopfbereich der Haltelaschen 3 verläuft, eine davon abweichende Anzahl von Stützelementen 4 angeordnet ist, und zwar im Beispiel jeweils zwischen zwei Haltelaschen 3 zwei Stützelemente 4.
Als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die dargestellte Wellenbrems- scheibe 13 Haltelaschen 3 auf, während die in vier äußeren konzentrischen Kreisbahnen 6 angeordneten Stützelemente 4 jeweils in einer Anzahl von 29 vorgesehen sind. Erkennbar sind die Stützelemente 4 stiftförmig, d.h. mit rundem Querschnitt ausgebildet, wobei ihr Mantel im weitesten Sinne die Form einer Sanduhr aufweist. Diese Ausformung ist allerdings lediglich beispielhaft zu sehen. Denkbar sind auch andere Querschnittsformen wie oval, dreieckig oder mit abgerundeten Kanten sowie andere Raumformen.
Die Anzahl der Stützelemente 4 auf den jeweiligen Kreisbahnen 6 können vari- ieren, jedoch stets der Anzahl einer Primzahl entsprechend. Wie dargestellt können die Stützelemente 4 auf benachbarten Kreisbahnen 6 in Umfangsrich- tung versetzt zueinander angeordnet sein, bevorzugt jeweils um einen halben Abstand zweier Stützelemente 4 einer Kreisbahn 6. Auch auf der inneren Kreisbahn 7 kann, entgegen dem dargestellten Beispiel, eine Anzahl von Stützelementen 4 vorgesehen sein, die einer Primzahl entspricht.

Claims

Ansprüche
1 . Wellenbremsscheibe, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, mit zwei parallel und abständig zueinander angeordneten Reibringen (2), die durch eine Vielzahl von Stützelementen (4) miteinander verbunden sind, und/oder mit mehreren, am Innenumfang angeordneten Haltelaschen (3) zur Verbindung mit einer fahrzeugseitigen Nabe oder Welle, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Haltelaschen (3) und/oder die Anzahl der auf zumindest einer gedachten konzentrischen Kreisbahn (6) angeordneten Stützelemente (4) einer Primzahl entspricht.
2. Wellenbremsscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl größer als zwei ist.
3. Wellenbremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltelaschen (3) und/oder die auf einer Kreisbahn (6, 7) angeordneten Stützelemente (4, 5) in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind.
4. Wellenbremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die auf benachbarten Kreisbahnen (6) angeordneten Stützelemente (4) in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
5. Wellenbremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Versetzungsabstand eines Stützelementes (4) gegenüber dem eines auf einer benachbarten Kreisbahn (6) angeordneten der Hälfte des Abstandes zwischen zwei Stützelementen (4) einer Kreisbahn (6) entspricht.
6. Wellenbremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der auf verschiedenen Kreisbahnen (6) angeordneten Stützelemente (4) gleichen oder unterschiedlichen Primzahlen entsprechen.
7. Wellenbremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass auf einer inneren Kreisbahn (7) zwischen zwei benachbarten Haltelaschen (3) jeweils zwei Stützelemente (4) angeordnet sind.
8. Wellenbremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (4) in ihrer Form gleich oder verschieden sind.
9. Wellenbremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (4) im Querschnitt rund, unrund oder eckig sind.
10. Wellenbremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der Kreisbahnen (6, 7) zueinander gleich oder unterschiedlich sind.
EP15771558.2A 2014-10-15 2015-09-22 Wellenbremsscheibe insbesondere für ein schienenfahrzeug Withdrawn EP3207272A1 (de)

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