JP2007510109A - ブレーキディスク、特にレール車両のためのブレーキディスク - Google Patents

Abstract

本発明は、ブレーキディスク、特にレール車両のためのブレーキディスクであって、半径方向溝（１１）を備えた少なくとも１つの摩擦リング（７）が設けられており、摩擦リング（７）が締付けねじ（４）により、アクスルに固定可能なボス（１）またはホイールディスクに固定されており、摩擦リング（７）の回動防止およびセンタリングのために、半径方向溝（１１）内に、ボス（１）またはホイールディスクに結合された滑動部材（８）が係入する形式のものに関する。各滑動部材（８）が、半製品または規格部品から製作されその軸部（９）でもって締付けねじ（４）に対して軸線平行に延在するガイドピンとして形成されているようにした。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式のブレーキディスク、特にレール車両のためのブレーキディスクに関する。

「アクスルブレーキディスク（Ｗｅｌｌｅｎｂｒｅｍｓｓｃｈｅｉｂｅ）」または「ホイールブレーキディスク（Ｒａｄｂｒｅｍｓｓｃｈｅｉｂｅ）」として使用されるこの種のブレーキディスクは運転中かなりの機械的かつ熱的な負荷に曝されている。この負荷は特に、一方では必要な安全性を保証し、他方では交換の目的のために幾分実用的な取付けもしくは取外しを可能にするために、構造的な手段を必要とする。

摩擦リングが、制動時に生じる加熱により膨張するので、例えばアクスルブレーキディスクのボス上での円筒形の座による簡単なセンタリングでは、とりわけ二部分から成る高性能ブレーキディスクの場合、不十分である。それゆえボスに、その都度の摩擦リングの半径方向溝内で案内されている滑動ブロックの形の滑動部材を固定することが知られている。その結果、摩擦リングは半径方向で膨張することができ、半径方向溝内での滑動ブロックの側方の位置固定によるセンタリングは維持される。このことは同様にホイールブレーキディスクに該当する。ホイールブレーキディスクでは摩擦リングがホイールディスクの両側で滑動ブロックによりセンタリングされ、かつ回動不能に保持される。

それにより滑動ブロックによって、印加されているブレーキモーメントまたは動的なショックによりその都度の摩擦リングの半径方向摺動が実施され、それにより許容し得ない不釣合いが生じ得ることは阻止される。

さらに、延性の材料、例えば鋼から成る摩擦リングは、高いブレーキ出力および高い温度により惹起される摩擦面内の塑性変形プロセスにより運転使用時に収縮することができる。こうなると、摩擦リングは交換のためにもはや問題なしにはボスから解離され得ない。

このことを回避するためにも滑動ブロックが使用される。その結果、摩擦リングは既述の通り同心的に膨張もしくは収縮することができる。その際、このために、摩擦リングとボスとの間の円筒形の遊びは相応に大きく形成されている。

ホイールブレーキディスクにおけるそのような滑動ブロックの使用は例えばＥＰ０６８３３３１Ｂ１号明細書、ＥＰ０５８９４０８Ｂ１号明細書、ＥＰ０６４４３４９Ｂ１号明細書、ＤＥ１９７２７３３３Ｃ２号明細書ならびにＤＥ１００４７９８０Ｃ２号明細書から公知である。

原理的に、説明した問題の、前記明細書に図示されて説明された滑動ブロックによる解決策は実証されている。ただし、この結合部の実現は相対的に高い製作手間をもってしてのみ可能であり、このことはコストを最適化した製作に矛盾している。

さらに、まさに少数の滑動ブロック、一般には３つ〜６つの滑動ブロックが使用されるにすぎない。滑動ブロックは必要な負荷容量に基づいて相応に大きく寸法設定されており、それゆえ高い所要スペースを必要とする。その他、滑動ブロックの公知の配置および形成により、不均等な負荷伝達と、そのことから生じる負荷とが問題となる。

滑動ブロックの一般的な幅寸法（約１５ｍｍ〜６０ｍｍ）は、ブレーキディスクの運転時に発生する温度差により、滑り案内、つまり半径方向溝の遊び拡大が発生することにつながる。半径方向溝と滑動ブロックとの間のこの温度差は摩擦リングにおいて数１００℃であることができる。例えば溝幅ｂ_Ｎが２０ｍｍであり、温度差ΔＴが２００Ｋであると仮定すると、
Δｂ＝ｂ・α_ｔｈ・ΔＴ２０・１０^−５・２００Ｋ＝０．０４ｍｍ。

この値は僅かに見えるが、約１００ｋｇ（平均的な大きさ）の摩擦リング質量において、Ｕ＝ｍ・ｅ＝４ｇｍ（ｅ＝偏心）の不釣合いを意味する。この値は既に、ハイスピードブレーキディスクにおける許容可能な不釣合いの半分よりも大きい。

既述の通り、半径方向溝および滑動ブロックの製作は極めてハイコストであり、特に必要な切削加工による製作によりハイコストである。

本発明の課題はそれゆえ、上位概念を成す形式のブレーキディスクを改良して、その機能安全性が改善されると共に、より安価な製作が可能であるようにすることである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載した特徴を有するブレーキディスクにより解決される。

本発明はまず第１に、数少ない滑動部材案内の代わりに、より多数の「ミニチュア滑動部材案内（Ｍｉｎｉａｔｕｒｇｌｅｉｔｅｌｅｍｅｎｔｆｕｅｈｒｕｎｇ）」を可能にする。ミニチュア滑動部材案内により、例えば背景技術に関して説明した、滑動部材および半径方向溝のそれぞれ異なる膨張に関する欠点と、そこから生じる結果とは阻止される。その点で本発明は運転安全性の著しい改善を提供する。特にそれというのも、この関連において言及すべき程の不釣合いが発生しないからである。

ブレーキディスクの製作も本発明により、より簡単に、ひいてはより安価になる。概して、半製品または規格部品から製作される滑動部材は僅かな手間で製作、すなわち加工されることができる。このことは同様に摩擦リングにおける半径方向溝の穿設に該当する。半径方向溝は極めて僅かな手間で製作されることができる。

本発明の別の有利な構成では、摩擦リングをボスに固定する各締付けねじに、半径方向溝およびそれに係入するガイドピンが対応配置されており、その際、各半径方向溝が、締付けねじを通し案内するための貫通孔を起点として外側にまたは内側に、中心軸線に向かって延在している。いずれにせよ、この領域での半径方向溝の穿設は特に簡単である。

滑動部材を形成するガイドピンの、特に横断面寸法に関する小さな寸法設定と、それに伴う、加熱時のガイドピンと半径方向溝との間の遊び減少とにより、改善されたセンタリング作用が達成される。

背景技術に関して挙げた、温度差に起因する遊びが例えば、溝幅が２０ｍｍであるとき、０．０４ｍｍであるのに対し、この遊びは、ガイドピンが使用されており、半径方向溝の幅が５ｍｍ〜１０ｍｍであるとき、０．０１ｍｍ〜０．０２ｍｍに減少する。その結果、センタリング品質は２倍よりも大きく改善される。

ガイドピンは有利にはアクスルブレーキディスクではボスの孔内にもしくはホイールブレーキディスクではホイールディスクの孔内に挿入される。孔はやはり相応に小さく維持されている。その結果、より大きな数にもかかわらず、材料弱化は僅かであり、構成部分の強度は高められる。このことは特に、収容孔が直接ホイールウェブに穿設されているブレーキディスクにおいて重要である。

半径方向溝と協働して、今や可能なより多数の形状結合（Ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｓｓ：形状による束縛）部を形成する滑動部材は、摩擦リングからボスもしくはホイールディスクへのブレーキモーメントのより均等な伝達を許可する。より多数の摩擦リング結合部はより高いブレーキモーメントの伝達も可能にする。その際、ガイドピンの数は、１つの形状結合部により伝達されるべきブレーキモーメント成分に依存している。

摩擦リングの結合フランジもしくは螺合部の数に応じて、ガイドピンの配置は選択されることができるが、有利には対称的に分配されている。すなわち３本、６本、９本、１２本のガイドピンが周囲に分配されている。

滑動部材と半径方向溝との間の、動的に高く負荷されることができる形状結合部は、滑動部材、すなわちガイドピンが半径方向溝の側壁との当付け領域で平面状に形成されていると得られる。それにより、ボスに対する摩擦リングのコンタクト座（Ｋｏｎｔａｋｔｓｉｔｚ）は、摩擦リングの収縮時ですら問題のない取外しが可能であるという効果を伴って省略されることができる。

比較的多数の形状結合部から得られる高い冗長性により、形状結合部の、高められた安全性が全体的に保証されている。このことは特に、欠陥を伴う可能性のある取付けに際し、言及に値する利点として見なされる。

一方では滑動部材を収容するために必要であり、他方では半径方向溝を穿設するために必要である僅かな所要スペースは、ほぼすべてのディスク構造形式での、この形状結合部の使用を許可する。

本発明の別の有利な構成は従属請求項に記載されている。

本発明の実施例について以下に添付の図面を参照しながら説明する。
図１：本発明によるブレーキディスクの縦断面の部分抜粋図である。
図２：図１に示した線ＩＩ−ＩＩに沿った、図１に示したブレーキディスクの断面図である。
図３：別の実施例のブレーキディスクの縦断面の部分抜粋図である。
図４：図３に示した線ＩＶ−ＩＶに沿った、図３に示したブレーキディスクの断面図である。
図５および図６：線ＩＩ−ＩＩもしくは線ＩＶ−ＩＶに沿った、それぞれ本発明の別の例の断面図である。
図７：ブレーキディスクの個別部分の複数の実施例の斜視図である。

図１〜図６にはアクスルブレーキディスクのブレーキディスクが示されている。ブレーキディスクはその基本構造において、軸方向で延在するボスボディ３と該ボスボディ３に対して半径方向で延在する環状のボスフランジ２とを備えたその都度１つのボス１と、締付けねじ４によりボス１に固定されている摩擦リングもしくは摩擦ディスク７とから成っている。

そのために締付けねじ４は、ボスフランジ２に対向して配置された締付けリング５と、摩擦リング７の、各締付けねじ４に対応配置された結合フランジもしくは結合舌片１２と、ボスフランジ２とを通して案内されている。その際、結合フランジ１２は締付けねじ４を通し案内するために貫通孔６を有しており、締付けリング５とボスフランジ２との間でクランプされている。

各貫通孔６の領域には半径方向溝１１が結合フランジ１２に設けられている。半径方向溝１１は図１に示した実施例では、締付けねじ４もしくは貫通孔６が対称的に分配配置されているピッチ円直径１３に関して、貫通孔６を起点として外側に向かって延在している。

図３および図４に示した実施例では、その都度の半径方向溝１１がやはり貫通孔６を起点として内側に、ボス１の長手方向中心軸線に向かって延在している。

半径方向溝１１内でガイドピンの形の滑動部材８が案内されている。滑動部材８はボスフランジ２の差込み孔１４内に、締付けねじ４に対して軸線平行に、その軸部９でもって軸方向でロックされて挿入されている。

滑動部材８の自由な端部には頭部１０が一体成形されている。頭部１０は有利には横断面で見て多角形の形状、有利には四角形または六角形の形状を有しており、少なくとも２つの、対向して位置する平行な面を有している。この平行な面は半径方向溝１１の対応配置された側壁に当付けられている。

摩擦リング７の、温度起因性の半径方向の膨張はそれゆえ問題なく可能である。それというのも、結合フランジ１２の貫通孔６が締付けねじ４の軸部に対して相応の過大寸法を有しているからである。その結果、ここにも十分な遊びが存在している。半径方向溝１１内への滑動部材８の係入に基づいて、いかなる場合にも摩擦リング７のセンタリングは保証されている。

図５および図６には、半径方向溝１１が貫通孔６の外に、ボス１寄りの面を起点として配置されていることが示されている。その際、半径方向溝１１は図５に示した実施例では、結合フランジ１２の側方に一体成形された舌片１５内に穿設されている。舌片１５はボス１に対して間隔を置いて終わっており、滑動部材の特に簡単な組付けを可能にする。

ガイドピンとしての滑動部材の形成は例示的に図７に示されている。

ａ）には、円筒ピンとしての、そのような滑動部材の最も簡単な形状が示されている。このために例えば規格部品が使用されることができる。滑動部材の、ｂ）に示した例は、図３および図４に示した滑動部材に相当し、その際、円筒形の軸部９には、摩擦リング７のその都度の半径方向溝内に挿入される四角形の頭部が接続している。

このことはやはり、ｃ）に示した滑動部材にも該当する。ｃ）に示した滑動部材では、半径方向溝１１内に挿入される頭部１０が六角形の横断面を有している。ｄ）に示した例の頭部１０は円筒として形成されており、その軸部９もやはり円筒として形成されている。

滑動エレメントｂ）、ｃ）、ｄ）は半製品、例えば角鋼、六角鋼または丸鋼から製作されることができ、これらの半製品に円筒形の軸部９が旋削されている。

原理的には当然別の適当な規格部品または相応に加工したい半製品も使用可能である。

本発明によるブレーキディスクの縦断面の部分抜粋図である。 図１に示した線ＩＩ−ＩＩに沿った、図１に示したブレーキディスクの断面図である。 別の実施例のブレーキディスクの縦断面の部分抜粋図である。 図３に示した線ＩＶ−ＩＶに沿った、図３に示したブレーキディスクの断面図である。 線ＩＩ−ＩＩもしくは線ＩＶ−ＩＶに沿った、本発明の別の例の断面図である。 線ＩＩ−ＩＩもしくは線ＩＶ−ＩＶに沿った、本発明の別の例の断面図である。 ブレーキディスクの個別部分の複数の実施例の斜視図である。

符号の説明

１ ボス
２ ボスフランジ
３ ボスボディ
４ 締付けねじ
５ 締付けリング
６ 貫通孔
７ 摩擦リング
８ 滑動部材
９ 軸部
１０ 頭部
１１ 半径方向溝
１２ 結合フランジ
１３ ピッチ円直径
１４ 差込み孔
１５ 舌片

Claims (13)

1. ブレーキディスク、特にレール車両のためのブレーキディスクであって、半径方向溝（１１）を備えた少なくとも１つの摩擦リング（７）が設けられており、摩擦リング（７）が締付けねじ（４）により、アクスルに固定可能なボス（１）またはホイールディスクに固定されており、摩擦リング（７）の回動防止およびセンタリングのために、半径方向溝（１１）内に、ボス（１）またはホイールディスクに結合された滑動部材（８）が係入する形式のものにおいて、各滑動部材（８）が、半製品または規格部品から製作されその軸部（９）でもって締付けねじ（４）に対して軸線平行に延在するガイドピンとして形成されていることを特徴とする、ブレーキディスク、特にレール車両のためのブレーキディスク。
2. 各半径方向溝（１１）が、摩擦リング（７）の、締付けねじ（４）により貫通されている貫通孔（６）を起点として外側にまたは内側に、ボス（１）の長手方向中心軸線に向かって延在している、請求項１記載のブレーキディスク。
3. 各滑動部材（８）が、ボス（１）、有利にはボスフランジ（２）、またはホイールディスクに設けられた差込み孔（１４）内に配置されている、請求項１または２記載のブレーキディスク。
4. 各滑動部材（８）が頭部（１０）を有しており、頭部（１０）が、対応配置された半径方向溝（１１）内で案内されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
5. 各半径方向溝が＜約１０ｍｍまたは＝約１０ｍｍである、請求項１から４までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
6. 滑動部材（８）が円筒ピンとして形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
7. 各滑動部材（８）の頭部（１０）が多角形、有利には四角形または六角形として形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
8. 各滑動部材（８）の頭部（１０）が、互いに平行に延びる２つの面を有しており、両面が、その都度対応配置された半径方向溝（１１）の側壁に当付けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
9. 多角形の頭部を有する各滑動部材（８）が多角鋼から製作されており、円筒形の軸部（９）が切削加工により一体成形されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
10. 滑動部材（８）が対称的に周囲にわたって分配配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
11. ３本、６本、９本または１２本の滑動部材（８）が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
12. ６本よりも多くの滑動部材（８）が設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のブレーキディスク。
13. 滑動部材（８）の数が締付けねじ（４）の数に相当する、請求項１から１２までのいずれか１項記載のブレーキディスク。

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