EP4680508A1 - Verfahren zum anziehen einer radbremsscheibe an einem schienenrad eines schienenfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum anziehen einer radbremsscheibe an einem schienenrad eines schienenfahrzeugs

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EP4680508A1
EP4680508A1 EP24726596.0A EP24726596A EP4680508A1 EP 4680508 A1 EP4680508 A1 EP 4680508A1 EP 24726596 A EP24726596 A EP 24726596A EP 4680508 A1 EP4680508 A1 EP 4680508A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
brake disc
wheel
screws
tightening
wheel brake
Prior art date
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Pending
Application number
EP24726596.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc-Gregory Elstorpff
Bernhard Hämmerl
Stefan Jank
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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
Publication of EP4680508A1 publication Critical patent/EP4680508A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/02—Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/12—Discs; Drums for disc brakes
    • F16D65/123—Discs; Drums for disc brakes comprising an annular disc secured to a hub member; Discs characterised by means for mounting
    • F16D65/124—Discs; Drums for disc brakes comprising an annular disc secured to a hub member; Discs characterised by means for mounting adapted for mounting on the wheel of a railway vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B17/00—Wheels characterised by rail-engaging elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61H—BRAKES OR OTHER RETARDING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR RAIL VEHICLES; ARRANGEMENT OR DISPOSITION THEREOF IN RAIL VEHICLES
    • B61H5/00—Applications or arrangements of brakes with substantially radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes
    • 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
    • F16D2065/1392—Connection elements

Definitions

  • the present invention relates to a method for tightening a wheel brake disc on a rail wheel of a rail vehicle.
  • Such wheel brake discs are usually mounted with screws to the wheel web of a rail wheel.
  • this preload force must not be too large so as not to hinder the sliding of the wheel brake disc along a contact surface of the rail wheel during thermal expansion of the wheel brake disc.
  • the screws for tightening the wheel brake disc are mounted on the rail wheel using the so-called angle tightening method.
  • the elongation of the screw and thus the preload are calculated using the angle of rotation.
  • This angle tightening method is characterized by the fact that, in contrast to the usual tightening of screws with torque limitation, in this method the screws are tightened by a predetermined angle of rotation.
  • re-screwing a wheel brake disc can be impaired by an increase in temperature that has occurred during use due to residual stresses caused by braking temperatures.
  • the angle tightening procedure must always be carried out in a first step, for example by tightening the screws with a torque limiter, to ensure that the surfaces of the wheel brake disc and the rail wheel lie flat on one another before the angle tightening procedure can begin.
  • the preload force that is ultimately achieved here is therefore made up of the preload force when pre-tightening with torque limitation and the preload force when tightening with a rotational angle.
  • the object of the present invention is therefore to provide a simple and reliable tightening method for wheel brake discs on a rail wheel, which generates a preload force with the smallest possible scatter even in the case of deformed, non-flat screwing surfaces.
  • a plate-shaped deformation of the brake disc is referred to as bulging or shielding.
  • bulging or shielding Such bulging of the wheel brake disc can, after a long period of use, lead to thickness fluctuations or local high thermal stresses, which should be avoided if possible.
  • so-called emergency braking can lead to strong temperature increases in the wheel brake disc, which leads to such bulging of the brake disc.
  • Tightening the screws up to their yield point has the additional advantage that the pre-tensioning force achieved depends only on the yield point of the screw material and is therefore defined extremely precisely. Starting from this pre-tensioning force by tightening the screws up to their yield point, the screws are then tightened by a predetermined Angle is turned back, whereby the preload force is reduced to a desired level that creates the possibility mentioned above that the wheel brake disc can slide along the contact surface of the rail wheel during thermal expansion.
  • an air gap measurement is carried out between a radial edge region of the contact surfaces of the friction belt and the contact surface of the rail wheel.
  • the predetermined angle is dimensioned such that a predetermined target preload of the screws is achieved.
  • the predetermined angle lies in an angular range of 25° to 55°, particularly preferably in an angular range of 30° to 50°.
  • Figure 1 is a sectional view through a rail wheel with wheel brake discs mounted on both sides and
  • Figure 2 is a top view of the wheel brake disc.
  • top, bottom, left, right, front, rear, etc. refer exclusively to the exemplary representation and position of the wheel brake disc selected in the respective figures. the rail wheel, contact surface, screws, friction belt and the like. These terms are not to be understood as limiting, ie these references can change due to different working positions or the mirror-symmetrical design or the like.
  • the reference numeral 2 designates a rail wheel of a rail vehicle.
  • the rail wheel 2 has a running surface 21 on the radial outside for resting on a rail.
  • the rail wheel 2 also has an annular brake disk holder 22 between a central manufactured area and the area adjoining the running surface 21.
  • two such brake disc mounts 22 are formed on the rail wheel 2.
  • the remaining area which has a reduced material thickness and is referred to here as wheel web 23, is flat and forms contact surfaces 24, against which contact surfaces 35 of a respective wheel brake disc 3 rest.
  • the respective wheel brake disc 3 essentially has a friction belt 31 with a friction surface 32, against which a brake pad of a rail vehicle brake can be pressed.
  • Each of the screws 4 has a screw head 41 and a screw shaft 42 which extends through a bore 25 in the wheel web 23 of the rail wheel 2.
  • wheel brake discs 3 are not tightened by the screws 4, they may tend to become swollen after prolonged use, which leads to parts of the contact surfaces 35 of the wheel brake disc 3 not contacting the contact surface 24 of the rail wheel 2.
  • the screws 4 are first tightened up to their yield point in order to tighten the wheel brake disc 3 on the rail wheel 2.
  • the screws 4 are then turned back by a predetermined angle in the opposite direction to the tightening direction in order to ensure that the respective brake disc rests flat with its contact surfaces on the contact surfaces of the rail wheel 2 on the one hand and to ensure that the brake disc slides along the contact surfaces 24 of the rail wheel 2 as a result of thermal expansion of the brake disc on the other hand.
  • an air gap measurement is carried out between a radial edge region 36 of the contact surfaces 35 of the wheel brake disc 3 and the contact surfaces of the rail wheel 2 in order to check the contact of the contact surfaces 35 of the wheel brake disc 3 on the contact surface 24 of the rail wheel 2.
  • the predetermined angle is dimensioned such that a predetermined target preload force of the screws 4 is achieved.
  • This predetermined angle is in particular in an angle range of 25° to 55°, more preferably in an angle range of 30° to 50°.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Anziehen einer Radbremsscheibe (3) an einem Schienenrad (2) eines Schienenfahrzeugs mittels in Schraubenaufnahmen (33) eines Radbremsscheibe (3) aufgenommenen Schrauben (4), mit denen einem Reibgurt (31) der Radbremsscheibe (3) abgewandte Kontaktflächen (35) gegen eine plane Kontaktfläche (24) des Schienenrades (2) angedrückt werden, mit den folgenden Verfahrensschritten beschrieben: a) Anziehen der Schrauben (4) bis zu deren Streckgrenze, und b) Zurückdrehen der Schrauben (4) um einen vorbestimmten Winkel.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zum Anziehen einer Radbremsscheibe an einem Schienenrad eines Schienenfahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anziehen einer Radbremsscheibe an einem Schienenrad eines Schienenfahrzeugs.
Derartige Radbremsscheiben werden üblicherweise mit Schrauben an einem Radsteg eines Schienenrades montiert.
Wichtig dabei ist es, sicherzustellen, dass eine Vorspannkraft der Verschraubung so gewählt wird, dass sie groß genug ist, um eine ausreichende Festigkeit der Radbremsscheibe gegenüber Stößen und Vibrationen im Einsatz zu ermöglichen.
Diese Vorspannkraft darf aber auch nicht zu groß sein, damit ein Gleiten der Radbremsscheibe bei der thermischen Ausdehnung der Radbremsscheibe entlang einer Kontaktfläche des Schienenrades nicht zu behindern.
Um diesen Anforderungen genügen zu können, werden die Schrauben zum Anziehen der Radbremsscheibe am Schienenrad mithilfe des sogenannten Drehwinkelanziehverfahrens montiert.
Bei dem Drehwinkelanziehverfahren wird über den Drehwinkel die Längung der Schraube und damit die Vorspannung berechnet.
Dieses Drehwinkelanziehverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass, im Gegensatz zum üblichen Anziehen von Schrauben mit Drehmomentbegrenzung, bei diesem Verfahren die Schrauben um einen vorbestimmten Drehwinkel angezogen werden.
Dieses Verfahren ist dabei nahezu unabhängig von den Reibungsverhältnissen der Schraubverbindung und gewährleistet dadurch das Erreichen einer definierten Vorspannkraft mit geringen Streuungen. Das Drehwinkelanziehverfahren setzt allerdings voraus, dass die anzuziehenden Bereiche der Radbremsscheibe am Schienenrad vor Beginn des Drehwinkelanzugs plan aufliegen.
Insbesondere bei bereits genutzten Radbremsscheiben kann aufgrund von durch Bremstemperaturen entstandenen Eigenspannungen eine Wiederverschraubung an einer Radbremsscheibe durch eine im Gebrauch entstandene Teuerung beeinträchtigt werden.
Diese Teuerung führt dazu, dass die verschraubten Bauteile, sprich die Kontaktflächen der Radbremsscheibe auf eine dem Reibgurt der Radbremsscheibe abgewandten Innenseite nicht mehr plan auf der Kontaktfläche des Schienen- rads aufliegen und sich daher beim Anziehen der Schrauben zusätzlich verformen.
Dies hat zur Folge, dass die beim Drehwinkelanziehverfahren vorausgesetzte Korrelation zwischen Drehwinkel und zu erreichender Vorspannkraft nicht mehr zutrifft.
Aus diesem Grund muss beim Drehwinkelanziehverfahren stets in einem ersten Schritt, beispielsweise durch einen vor Anzug der Schrauben mit Drehmomentbegrenzung, sichergestellt werden, dass die Flächen der Radbremsscheibe und des Schienenrades plan aufeinander auf liegen, bevor mit dem Drehwinkelanziehverfahren begonnen werden kann.
Die Vorspannkraft, die sich hier am Ende einstellt, setzt sich damit zusammen aus der Vorspannkraft beim Voranzug mit Drehmomentbegrenzung und der Vorspannkraft beim Drehwinkelanzug.
Um hier eine geringe Streuung der endgültigen Vorspannkraft zu erreichen, ist es wünschenswert, die Vorspannkraft aus dem Drehmomentanzug möglichst klein im Vergleich zu der Vorspannkraft aus dem Drehwinkelanziehverfahren zu halten.
Im Falle von nicht planen Bauteilen kommt es in der Praxis allerdings vor, dass man ein sehr hohes Voranzugsmoment benötigt, um zuverlässig sicherzustellen, dass die Flächen der Radbremsscheibe und des Schienenrades plan aufeinander liegen. Je höher dieses Voranzugsmoment ist, desto größer sind allerdings die aus den Reibungsunterschieden resultierenden Streuungen der Vorspannkraft.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einfaches und zuverlässiges Anzugsverfahren für Radbremsscheiben an einem Schienenrad bereitzustellen, das auch bei verformten, nicht planen Anschraubflächen, eine Vorspannkraft erzeugt, die möglichst geringe Streuungen aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Anziehen einer Radbremsscheibe an einem Schienenrad eines Schienenfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem mittels in Schraubenaufnahmen der Radbremsscheibe aufgenommenen Schrauben eine im Reibgurt der Radbremsscheibe abgewandte Kontaktflächen gegen eine plane Kontaktfläche des Schienenrades angedrückt werden, erfolgt zunächst ein Anziehen der Schrauben bis zu deren Streckgrenze und anschließend ein Zurückdrehen der Schrauben um einen vorbestimmten Winkel.
Durch das Anziehen der Schrauben bis zu deren Streckgrenze ist die dadurch erreichte Vorspannkraft stets so groß, dass auch getellerte Radbremsscheiben mit ihren der Kontaktfläche des Schienenrades zugewandten Kontaktflächen plan aufeinander liegen.
Als Teuerung oder Schirmung wird dabei eine tellerförmige Verformung der Bremsscheibe bezeichnet. Eine solche Teuerung der Radbremsscheibe kann nach längerer Laufzeit zu Dickenschwankungen oder auch lokalen hohen thermischen Belastungen führen, die möglichst zu vermeiden sind. Insbesondere bei sogenannten Notfallbremsungen kommt es zu starken Temperaturerhöhungen der Radbremsscheibe, was zu einer solchen Teuerung der Bremsscheibe führt.
Das Anziehen der Schrauben bis zu deren Streckgrenze hat den weiteren Vorteil, dass die dabei erzielte Vorspannkraft nur von der Streckgrenze des Schraubenwerkstoffs abhängig und damit äußerst genau definiert ist. Ausgehend von dieser Vorspannkraft durch Anziehen der Schrauben bis zu deren Streckgrenze werden nachfolgend die Schrauben um einen vorbestimmten Winkel zurückgedreht, wodurch die Vorspannkraft auf ein Sollmaß verringert wird, dass die eingangs erwähnte Möglichkeit schafft, dass die Radbremsscheibe bei thermischer Ausdehnung entlang der Kontaktfläche des Schienenrades gleiten kann.
Da diese Kraftminderung durch Zurückdrehen der Schrauben um einen vorbestimmten Winkel nur vom Rückdrehwinkel und nicht von Reibwerten der Schraube abhängt, kann der gewünschte Sollwert der Vorspannkraft mit hoher Genauigkeit erreicht werden.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante erfolgt nach dem Zurückdrehen der Schrauben um den vorbestimmten Winkel eine Luftspaltmessung zwischen einem radialen Randbereich der Kontaktflächen des Reibgurtes und der Kontaktfläche des Schienenrades.
Dadurch wird zusätzlich sichergestellt, dass sämtliche Kontaktflächen einen maximal zulässigen Luftspalt nicht überschreiten.
Der vorbestimmte Winkel ist dabei so bemessen, dass eine vorbestimmte Sollvorspannkraft der Schrauben erreicht wird.
Der vorbestimmte Winkel liegt dabei gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante in einem Winkelbereich von 25° bis 55°, besonders bevorzugt in einem Winkelbereich von 30° bis 50°.
Nachfolgend wird das Verfahren anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittansicht durch ein Schienenrad mit beidseits angebrachter Radbremsscheibe und
Figur 2 eine Draufsicht auf die Radbremsscheibe.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position der Radbremsscheibe, des Schienenrads, Kontaktfläche, Schrauben, Reibgurt und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 insgesamt ein Schienenrad eines Schienenfahrzeugs bezeichnet.
Das Schienenrad 2 weist radial außen eine Lauffläche 21 zur Auflage auf einer Schiene auf. Weiter weist das Schienenrad 2 zwischen einem zentralen gefertigten Bereich und dem sich an die Lauffläche 21 anschließenden Bereich eine ringförmige Bremsscheibenaufnahme 22 auf.
Bevorzugt sind zwei solcher Bremsscheibenaufnahmen 22 an dem Schienenrad 2 angeformt.
Der so verbleibende in seiner Materialdicke reduzierte hier als Radsteg 23 bezeichnete Bereich ist planflächig ausgebildet und bildet Kontaktflächen 24 aus, an denen Kontaktflächen 35 einer jeweiligen Radbremsscheibe 3 anliegen.
Die jeweilige Radbremsscheibe 3 weist im Wesentlichen einen Reibgurt 31 mit einer Reibfläche 32 auf, an der ein Bremsklotz einer Schienenfahrzeugbremse andrückbar ist.
Zentral im jeweiligen Reibgurt 31 sind mehrere Schraubenaufnahmen 33 vorgesehen, wie es in Figur 2 dargestellt ist, die der Aufnahme von Schrauben 4 dienen, mit denen die Radbremsscheibe 3 an das Schienenrad 2 des Schienenfahrzeugs durch Anziehen der Schrauben 4 befestigt wird.
Jede der Schrauben 4 weist dabei einen Schraubenkopf 41 und einen Schraubenschaft 42 auf, der sich durch eine Bohrung 25 im Radsteg 23 des Schienenrads 2 hindurch erstreckt.
Auf ein bevorzugt mit einem Außengewinde versehenen Ende des Schraubenschaftes 42 ist eine Schraubmutter 5 aufgeschraubt, die mit einer Stirnfläche an einer die Schraubenaufnahme 33 verengenden Stufe 34 der Radbremsscheibe 3 anliegt. Der Schraubenkopf 41 liegt im gezeigten Ausführungsbeispiel stirnseitig auf einer Hülse 6 auf, die ihrerseits ebenfalls an einer Stufe 34 in der Schraubenaufnahme 33 der Radbremsscheibe 3 aufliegt.
Die der Reibfläche 32 der Radbremsscheibe 3 abgewandte Innenseite der jeweiligen Radbremsscheibe 3 ist vorzugsweise mit einer Vielzahl von Kühlrippen 37 versehen, deren der Kontaktfläche 24 des Schienenrads 2 zugewandte Seiten die Kontaktflächen 35 der Radbremsscheibe 3 bilden.
Im nicht durch die Schrauben 4 angezogenen Zustand der Radbremsscheiben 3 können diese nach längerem Gebrauch zu einer Teuerung neigen, was dazu führt, dass Teile der Kontaktflächen 35 der Radbremsscheibe 3 nicht an der Kontaktfläche 24 des Schienenrads 2 anliegen.
Um dennoch eine zuverlässige Anlage der Kontaktflächen 35 der Radbremsscheibe 3 an der Kontaktfläche 24 des Schienenrads 2 zu gewährleisten, werden zum Anziehen der Radbremsscheibe 3 an dem Schienenrad 2 zunächst die Schrauben 4 bis zu deren Streckgrenze angezogen.
Anschließend erfolgt ein Zurückdrehen der Schrauben 4 entgegen der Anzugsrichtung um einen vorbestimmten Winkel, um zu gewährleisten, dass die jeweilige Bremsscheibe einerseits mit ihren Kontaktflächen plan an den Kontaktflächen des Schienenrads 2 anliegt und andererseits ein Gleiten der Bremsscheibe infolge einer thermischen Ausdehnung der Bremsscheibe entlang der Kontaktflächen 24 des Schienenrads 2 zu gewährleisten.
Da die durch das Zurückdrehen der Schrauben 4 entgegen der Anzugsrichtung nur vom vorgenommenen Rückdrehwinkel, jedoch nicht von Reibwerten der Schraube 4 abhängt, kann so ein erwünschter Sollwert der Vorspannkraft mit äußerst hoher Genauigkeit erreicht werden.
Bevorzugt erfolgt nach dem Zurückdrehen der Schrauben 4 um den vorbestimmten Winkel noch eine Luftspaltmessung zwischen einem radialen Randbereich 36 der Kontaktflächen 35 der Radbremsscheibe 3 und der Kontaktflächen des Schienenrades 2, um die Anlage der Kontaktflächen 35 der Radbremsscheibe 3 an der Kontaktfläche 24 des Schienenrads 2 zu überprüfen. Der vorbestimmte Winkel ist dabei so bemessen, dass eine vorbestimmte Sollvorspannkraft der Schrauben 4 erreicht wird. Dieser vorbestimmte Winkel liegt dabei insbesondere in einem Winkelbereich von 25° bis 55°, weiter bevorzugt in einem Winkelbereich von 30° bis 50°.
Bezugszeichenliste
2 Schienenrad
21 Lauffläche
22 Bremsscheibenaufnahme
23 Radsteg
24 Kontaktfläche
25 Bohrung
3 Radbremsscheibe
31 Reibgurt
32 Reibfläche
33 Schraubenaufnahme
34 Stufe
35 Kontaktfläche
36 Randbereich
37 Kühlrippe
4 Schraube
41 Schraubenkopf
42 Schraubenschaft
5 Schraubmutter
6 Hülse

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Anziehen einer Radbremsscheibe (3) an einem Schienenrad (2) eines Schienenfahrzeugs mittels in Schraubenaufnahmen (33) einer Radbremsscheibe (31 ) aufgenommenen Schrauben (4), mit denen einem Reibgurt (31 ) der Radbremsscheibe (3) abgewandte Kontaktflächen (35) gegen eine plane Kontaktfläche (24) des Schienenrades (2) angedrückt werden, mit den Verfahrensschritten: a) Anziehen der Schrauben (4) bis zu deren Streckgrenze, b) Zurückdrehen der Schrauben (4) um einen vorbestimmten Winkel.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zurückdrehen der Schrauben (4) um den vorbestimmten Winkel eine Luftspaltmessung zwischen einem radialen Randbereich (36) der Kontaktflächen (35) des Reibgurtes (3) und der Kontaktfläche des Schienenrades (2) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Winkel so bemessen ist, dass eine vorbestimmte Sollvorspannkraft der Schrauben (4) erreicht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Winkel in einem Winkelbereich von 25° bis 55° liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Winkel in einem Winkelbereich von 30° bis 50° liegt.
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