SI26108A - Enodelni zavorni disk za tirna vozila - Google Patents

Enodelni zavorni disk za tirna vozila Download PDF

Info

Publication number
SI26108A
SI26108A SI202000222A SI202000222A SI26108A SI 26108 A SI26108 A SI 26108A SI 202000222 A SI202000222 A SI 202000222A SI 202000222 A SI202000222 A SI 202000222A SI 26108 A SI26108 A SI 26108A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
brake disc
hub
brake
flexible
flexible part
Prior art date
Application number
SI202000222A
Other languages
English (en)
Inventor
Uroš Grivc
Original Assignee
Kovis D.O.O.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kovis D.O.O. filed Critical Kovis D.O.O.
Priority to SI202000222A priority Critical patent/SI26108A/sl
Priority to EP21203108.2A priority patent/EP4006374B1/en
Publication of SI26108A publication Critical patent/SI26108A/sl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/02Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/12Discs; Drums for disc brakes
    • F16D65/123Discs; Drums for disc brakes comprising an annular disc secured to a hub member; Discs characterised by means for mounting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61HBRAKES OR OTHER RETARDING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR RAIL VEHICLES; ARRANGEMENT OR DISPOSITION THEREOF IN RAIL VEHICLES
    • B61H5/00Applications or arrangements of brakes with substantially radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/02Braking members; Mounting thereof
    • F16D2065/13Parts or details of discs or drums
    • F16D2065/1304Structure
    • F16D2065/1328Structure internal cavities, e.g. cooling channels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/02Braking members; Mounting thereof
    • F16D2065/13Parts or details of discs or drums
    • F16D2065/134Connection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/02Braking members; Mounting thereof
    • F16D2065/13Parts or details of discs or drums
    • F16D2065/134Connection
    • F16D2065/1344Connection permanent, e.g. by casting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/02Braking members; Mounting thereof
    • F16D2065/13Parts or details of discs or drums
    • F16D2065/134Connection
    • F16D2065/1348Connection resilient
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/02Braking members; Mounting thereof
    • F16D2065/13Parts or details of discs or drums
    • F16D2065/134Connection
    • F16D2065/1376Connection inner circumference

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

Predmet izuma je enodelni zavorni disk za tirna vozila z izboljšanim vpetjem na pesto, in sicer sta zavorni plošči na pesto vpeti preko fleksibilnih nosilcev. Zavorni disk (1) je sestavljen iz dveh soosnih zavornih plošč (2), ki sta med seboj povezani s hladilnimi rebri (7), pesta (3) in fleksibilnih nosilcev (4), ki so v enakomernih razmikih radialno razporejeni po zunanjem obodu (3a) pesta (3), pri čemer sta zavorni plošči (2) preko fleksibilnih nosilcev (4) neločljivo vpeti na pesto (3). Nosilec (4) jeizveden iz togega dela (4a), s katerim je nosilec (4) neločljivo pritrjen na zunanji obod (3a) pesta (3), in iz prožnega dela (4b), ki se zvezno nadaljuje iz togega dela (4a), pri čemer je prožni del (4b) izveden pod določenim naklonom glede na os vrtenja, in je prožni del (4b) na mestu pritrditve na zavorni plošči (2) izveden z zaokrožitvijo (5), s katero je preko povezovalnega elementa (6) neločljivo pritrjen na obe zavorni plošči (2). Z vpetjem zavornih plošč (2), na pesto (3) preko fleksibilnihnosilcev (4) je omogočen prost toplotni raztezek zavornih plošč (2) v radialni smeri in s tem znatno znižanje napetosti na nosilcih (4), povzročenih zaradi toplotnih deformacij, do katerih pride pri zaviranju tirnega vozila.

Description

Enodelni zavorni disk za tirna vozila
Predmet izuma je enodelni zavorni disk za tirna vozila z izboljšanim vpetjem na pesto, in sicer sta zavorni plošči na pesto vpeti preko fleksibilnih nosilcev.
Pri tirnih vozilih je kolutna zavora običajno sestavljena iz zavornega diska in pesta. Zavorni disk je običajno izveden iz dveh soosnih kolobarjastih plošč, ki sta medsebojno povezani z radialnimi hladilnimi rebri, tako da se med ploščama tvorijo prehodi za zrak, ki izboljšajo hlajenje zavornega diska pri zaviranju.
Pesto je na os pritrjeno s prešanjem, medtem ko je zavorni disk pritrjen oziroma vpet na pesto preko nosilcev, ki so v enakomernih razmikih radialno razporejeni tako na pestu, na njegovem zunanjem obodu, kot tudi na zavornem disku, na njegovem notranjem obodu, to je na notranji površini obeh zavornih plošč. Na ta način se tvori trdna povezava zavornega diska in pesta, ki mora pri zaviranju prenašati velik zavorni navor in sile.
Zavorni disk kolutne zavore mora biti sposoben akumulirati veliko količino toplotne energije, na primer pri zaviranju tirnega vozila. Pri takem zaviranju se kinetična energija pretvori v toplotno energijo, ki segreje zavorni disk in posledično vpliva na učinkovitost kolutne zavore. Visoke temperature in lokalne temperaturne razlike lahko povzročijo mehanske poškodbe površine zavornega diska, ki se odražajo v razpokah in plastičnih deformacijah zavornega diska, kar lahko vodi tudi do poslabšanja tesnega ujema pesta z osjo, s čimer se lahko zniža površinski tlak na samem tesnem ujemu in se zmanjša zmožnost prenašanja navora skozi spoj, to je tesni ujem. Dodatno je potrebno zagotoviti, da napetosti, ki se generirajo pri zaviranju, ne presegajo trajnih dinamičnih napetosti. Na ta način je zagotovljena dolga življenjska doba zavornega diska, v nasprotnem primeru lahko pride do razpok na nosilcih zaradi utrujanja materiala..
Iz stanja tehnike je poznana izvedba enodelnega zavornega diska, ki je prikazana na sliki 1. Zavorni disk ima šest togih nosilcev za prenos obremenitev iz zavornih plošč na pesto. Ti nosilci imajo velik prerez saj morajo zdržati velike sile ob toplotnem raztezanju zavornih plošč. Ker pa toplotnega raztezka kljub veliki togosti ne morejo ustaviti, se ta odraža na povečanju notranjega premera, kjer je izveden tesni ujem, zato pride med zaviranjem do padca spojne sile, ki lahko vpliva na varnost med obratovanjem. Ker morajo ti nosilnici imeti velik prerez, je tudi celoten izdelek težji. V omenjenih radialnih nosilcih med zaviranjem vseeno nastanejo izjemno velike napetosti zaradi katerih lahko pride do razpok. Ker je toplotna deformacija zavornih diskov povzročena zaradi temperaturnih gradientov ter samega dviga temperature, je glavna obremenitev na takšnemu disku pomik zaradi toplotnega raztezka. Nova fleksibilna izvedba omogoča, da se velik delež toplotnih obremenitev eliminira s posebnim nosilcem, ki je izveden na način, da je vitek za obremenitve v radialni smeri in hkrati tog za tangencialne obremenitve med zaviranjem.
Enodelni zavorni disk s podobno funkcijo je na primer razkrit v patentni prijavi št. AU 2003262331 A1. Opisana konstrukcija predstavlja le teoretičen predlog, saj v praksi taka konstrukcija zavornega diska namreč ni izvedljiva.
V patentni prijavi št. WO 2005/052403 A1 je ravno tako predstavljen enodelni zavorni disk, ki ima nosilce izvedene z dvema krakoma, ki sta vzdolžno ukrivljena v svoji obodni smeri in pritrjena na pesto. Nosilci so robustni, zato da prenesejo bočne sile v tangencialni smeri, ki nastanejo zaradi navora povzročenega pri zaviranju, s čimer je masa zavornega diska večja, dodatno pa robustni nosilci ne omogočajo zadostne prožnosti krakov v radialni smeri. Dodatno navedeni nosilci zavzamejo precej prostora, kar pomeni, da je po obodu pesta lahko nameščenih manj nosilcev, s čimer je delitev navora po nosilcih otežena.
Navedene pomanjkljivosti so rešene z izboljšano konstrukcijo zavornega diska po izumu. Zavorni disk po izumu je vlit skupaj s pestom iz nodularne litine v enem kosu. Z vpetjem zavornega diska, oziroma zavornih plošč, na pesto preko fleksibilnih nosilcev je omogočen prost toplotni raztezek zavornih plošč v radialni smeri in s tem znatno znižanje napetosti na nosilcih, povzročenih zaradi toplotnih deformacij, do katerih pride pri zaviranju tirnega vozila. Ker so zavorne plošče preko fleksibilnih nosilcev povezane s pestom, je tesni ujem pesta z osjo bolj konstanten, s čimer se ohrani zmožnost prenašanja navora skozi spoj. Vpetje zavornega diska na pesto preko fleksibilnih nosilcev dodatno omogoča lažjo in cenejšo izdelavo in hitrejšo montažo, saj ni potrebe po veznih elementih, dodatno pa je tudi masa celotnega zavornega diska manjša.
Izum bo podrobneje opisan v nadaljevanju in prikazan na slikah:
Sl. 1 prikazuje zavorni disk iz stanja tehnike
Sl. 2 prikazuje zavorni disk po izumu
Sl. 3 prikazuje izsek zavornega diska po izumu brez zgornje zavorne plošče
Sl. 4 prikazuje prečni prerez zavornega diska po izumu
Sl. 5 prikazuje prečni prerez fleksibilnega nosilca
Sl. 6 prikazuje deformacijo fleksibilnega nosilca med segrevanjem zavornega diska
Sl. 7 prikazuje spreminjanje spojne sile na tesnem ujemu pesta z osjo
Zavorni disk 1 je sestavljen iz dveh soosnih kolobarjastih plošč, t. j. zavornih plošč 2, pesta 3 in fleksibilnih nosilcev 4, ki so v enakomernih razmikih radialno razporejeni po zunanjem obodu 3a pesta 3, pri čemer sta zavorni plošči 2 preko fleksibilnih nosilcev 4 neločljivo vpeti na pesto 3.
Nosilec 4 je izveden iz togega dela 4a, s katerim je nosilec 4 neločljivo pritrjen na zunanji obod 3a pesta 3, in iz prožnega dela 4b, ki se zvezno nadaljuje iz togega dela 4a, pri čemer je prožni del 4b izveden pod določenim naklonom glede na os vrtenja, in je prožni del 4b na mestu pritrditve na zavorni plošči 2 izveden z zaokrožitvijo 5, s katero je preko povezovalnega elementa 6 neločljivo pritrjen na obe zavorni plošči 2.
Kot naklona a prožnega dela 4b nosilca 4 je odvisen od mesta pritrditve prožnega dela 4b na zavorni plošči 2. Mesto pritrditve je izbrano tako, da je kot naklona a, ki ga oklepata radialna os R, ki poteka skozi središče zaokrožitve 5 ter premica S, ki povezuje točki na začetku in koncu prožnega dela 4b nosilca 4 in poteka skozi središče zaokrožitve 5, med 35 do 50°. Za doseganje optimalnih karakteristik zavornega diska 1 je zaželeno, da je kot naklona a večji, saj omogoča večjo sprostitev napetosti med toplotno deformacijo, s čimer so napetosti, ki delujejo na zavorni disk 1 med zaviranjem, manjše.
Dolžina L prožnega dela 4b nosilca 4 je vsakokrat definirana tako, da so dosežene optimalne karakteristike zavornega diska 1. Odvisna je od dimenzij zavornega diska 1, od prostorskih omejitev zavornega diska 1 zaradi čim bolj optimizirane razporeditve hladilnih reber 7 in od mesta pritrditve prožnega dela 4b na zavorni plošči 2. Zaželeno je, da je dolžina L prožnega dela 4b določena tako, da je mesto pritrditve ob zagotavljanju definiranega kota a čim bližje notranjemu obodu la zavornega diska 1, to je notranjemu obodu zavornih plošč 2, hkrati pa je še vedno omogočena čim bolj optimizirana razporeditev hladilnih reber 7.
Če je mesto pritrditve ob zagotavljanju definiranega kota a bližje zunanjemu obodu 1b zavornega diska 1, to pomeni daljše dolžine L prožnega dela 4b in s tem daljše nosilce 4. Daljši nosilci 4 so sicer zaželeni, vendar se s tem poveča radialna deformacija nosilca 4, kar pa ni zaželeno, zato je potreben kompromis pri optimiziranju zavornega diska 1 glede na njegove dimenzije. Predolge ali prekratke dolžine L prožnega dela 4b tudi ne omogočajo optimalne razporeditve hladilnih reber 7, s čimer se poslabšajo karakteristike zavornega diska 1, saj hladilna rebra 7 omogočajo, da se toplota z zavornih plošč 2 odvaja v okolico hitreje, s čimer je zavorni disk 1 izpostavljen manjši toplotni obremenitvi, kar ima za posledico zmanjšanje deformacij zavornega diska 1, zmanjšanje obrabe in izboljšanje tornih lastnosti.
Prednostno je mesto pritrditve prožnega dela 4b na zavorni plošči 2 izvedeno bližje notranjemu obodu zavornih plošč 2, in sicer približno na eni tretjini širine zavornih plošč 2. Na ta način je omogočena optimalna razporeditev hladilnih reber 7 in zmanjšanje radialne deformacije, saj je radialna deformacija višja tem višje na zavornih ploščah 2 je izvedeno mesto pritrditve.
Če bi bili nosilci 4 na zavorni plošči 2 vpeti nižje, se jih ne bi dalo optimalno razporediti, če pa bi bili vpeti višje, bi bila obremenitev zaradi toplotne deformacije večja, kar bi se v nosilcu 4 odražalo v večji napetosti, nosilec 4 bi zato moral biti daljši, da bi kompenziral za večjo deformacijo, kar bi dodatno predstavljalo težavo pri izvedbi hladilnih reber 7. Torej je zaželeno, da so nosilci 4 na zavorni plošči 2 vpeti čim nižje, omejitev pa je dimenzija nosilcev 4.
Togi del 4a nosilca 4 je na pesto 3 pritrjen tako, da je stična površina togega dela 4a nosilca 4 in pesta 3 v bistvu pravokotna glede na radialno os R. Opcijsko je togi del 4a nosilca 4 izveden z luknjo 4c, za zmanjšanje mase zavornega diska 1. Opcijsko je togi del 4a nosilca 4 na eni strani izveden z radiusom r, ki omogoča odmik prožnega dela 4b od pesta 3 v radialni smeri za določeno razdaljo D. Zaželeno je, da je radius r dovolj velik, da so napetosti v njem pod trajnimi dinamičnimi obremenitvami ter da je njegova izdelava omogočena s procesom ulivanja. Na ta način je prožni del 4b, na mestu, kjer se prožni del 4b nadaljuje iz togega dela 4a dvignjen nad zunanji obod 3a pesta 3 za razdaljo D, s čimer se pri isti dolžini nosilca 4 poveča kot a, hkrati pa je omogočena namestitev večjega števila nosilcev 4. Če je nosilcev 4 več, lahko prenašajo večji zaviralni navor, kar pomeni večjo varnost, hkrati pa več nosilcev 4 pomeni tudi višjo maso zavornega diska 1, kar pa ni zaželeno, in je treba najti kompromis. Ker je kot a večji, je smer toplotne obremenitve nosilca 4 bolj optimalna, to je čim bolj pravokotno na prožni del 4b. Hkrati pa sila obremenitve zaradi zaviranja deluje vzdolž nosilca 4 v tlačni ali natezni smeri, odvisno od smeri vrtenja med zaviranjem.
Zaokrožitev 5 nosilca 4 in izvedba povezovalnega elementa 6, ki ima v preseku obliko kroga, ravno tako vplivata na zmanjšanje napetosti iz nosilca 4 na zavorni plošči 2.
Prednostno je prožni del 4b izveden iz dveh med seboj vzporednih krakov 8 za preprečevanje rotacije nosilca 4 na mestu pritrditve nosilca 4 na zavorni plošči 2 med deformacijo, do katere pride pri zaviranju.
Kraka 8 sta ploščata in na robovih zaokrožena. Prednostno je širina kraka 8 vsaj za 3 kratnik večja od njegove debeline. Ploska izvedba krakov 8 izboljša njihovo prožnost v radialni smeri, hkrati pa kraki 8 še vedno zdržijo natezne ali tlačne obremenitve med zaviranjem, odvisno od smeri vrtenja. Obremenitve zaradi zaviralnega momenta so namreč majhne v primerjavi z obremenitvami, ki nastanejo zaradi toplotnega raztezka, zato je zaželena zadostna prožnost krakov 8 v radialni smeri, da se zaradi dvigovanja temperature zavornih plošč 2 ter deformacije le teh v radialni smeri, kraki 8 oziroma prožni deli 4b nosilcev 4 lahko odklonijo v radialni smeri. Zaradi ploščate izvedbe krakov 8, so nosilci 4 vitki, zaradi vitkosti nosilcev 4 pa med odklonom ne pride do velikih napetostih v njih. Namreč, bolj kot je nosilec 4 vitek bolj se ukloni ob isti obremenitvi, oziroma napetosti v nosilcu 4 so nižje pri enaki deformaciji oziroma odklonu.
Širina vrzeli 8a med krakoma 8 je približno enaka širini posameznega kraka 8.
Prednostno sta kraka 8 rahlo uklonjena v smeri proti osi vrtenja. Rahla ukrivljenost reši problem neenakomernega prostora med nosilci 4 in izboljša zapolnjenost (možnost namestitve večjega števila nosilcev 4) po obsegu pesta 3 zaradi omejitev livarskega procesa. Zaradi proizvodnih omejitev pri izdelavi zavornega diska 1, zavorni disk 1 je namreč vlit skupaj s pestom 3 iz nodularne litine v enem kosu, in ker je minimalen razmak med nosilci 4 pri dotičnem livarskem postopku devet mm, je potrebno za čim večjo zapolnjenost krake 8 rahlo ukriviti in s tem ohraniti najmanj ta razmak med nosilci 4.
Nosilci 4 so bili s pomočjo MKE simulacij (metoda končnih elementov) optimizirani tako, da v njih nastane čim nižja napetost med samo deformacijo ter, da je med zaviranjem varnost pred uklonom nosilcev 4 zelo velika. Z MKE simulacijami se vsakokrat glede na dimenzije zavornega diska 1 optimizira dolžina L prožnega dela 4b, premer zaokrožitve 5 na mestu pritrditve nosilca 4 na zavorni plošči 2 ter izvedba in dimenzija radiusa r, kjer je togi del 4a zlit s pestom 3.
Na sliki 6 je prikazana deformacija fleksibilnega nosilca 4 med segrevanjem zavornega diska 1. Prikazan je radialni pomik v mm, pri čemer je faktor povečave pomika 50. Zaradi predlagane konstrukcije zavornega diska 1, se zunanji konec nosilca 4, relativno prosto pomakne ven v radialni smeri. Zunanji konec nosilca 4 se nanaša na prožni del 4b nosilca 4 v področju, kjer je nosilec 4 vpet na zavorni plošči 2. Hkrati pa je nosilec 4 ob tangencialnih obremenitvah tog.
Nosilci 4 ob vgradnji pesta 3 na os prevzamejo nasprotno obliko kot nastane po deformaciji, zato so napetosti po obremenitvi nižje kot bi bile, če zavorni disk 1 ne bi bil natlačen na os. Tako je v sami izvedbi zavornega diska 1 že upoštevan tesni ujem z osjo. Namreč, pri vgradnji zavornega diska 1 na os, se notranji premer pesta 3 poveča približno za 0,13 mm v radialni smeri. Ta pomik deloma pred-napne nosilce 4, in sicer potisne nosilce 4 na spodnjem koncu rahlo navzven, kasneje pa je primarna dinamična obremenitev toplotni raztezek, ki pomika zunanji konec prožnega dela 4b ven v radialni smeri, kot je opisano zgoraj. Spodnji konec nosilca 4 se nanaša na prožni del 4b nosilca 4 v področju povezave s togim delom 4a.
Kot je razvidno iz grafa, ki je prikazan na sliki 7, zmožnost prenašanja navora skozi tesni ujem za običajne enodelne zavorne diske iz stanja tehnike (Slika 1) drastično pade z dvigovanjem temperature zavornega diska. Temperature na grafu prikazujejo 34 min dolgo zaviranje pri katerem povprečna temperatura diska na površini zraste na 430°C. Spojna sila na ujemu pade zaradi toplotnih raztezkov zavornega diska, saj ta med segrevanjem preko nosilcev v radialni smeri vleče na notranji del pesta, kjer se nahaja tesni ujem. Temu problemu se skoraj popolnoma izognemo z uporabo fleksibilnih nosilcev. Padec sile na spoju za staro izvedbo znaša -60% medtem ko za fleksibilno izvedbo znaša le -1,3%. Ker je prenos navora iz zavornega diska na os ključnega pomena, je s tem nova konstrukcija zavornega diska bolj varna s stališča zdrsa tesnega ujema.
Postavitev in oblika hladilnih reber 7 je izvedena tako, da ima zavorni disk 1 po izumu skoraj identične toplotne ter ventilacijske lastnosti v obe smeri vrtenja in upoštevajo nesimetričnost nosilcev v odvisnosti od smeri vrtenja. Ta enakost lastnosti v obe smeri vrtenja je pomemben parameter pri konstrukciji zavornega diska 1, saj se tirna vozila vozijo enako razdaljo naprej kot tudi nazaj.
Hladilna rebra 7 imajo v prerezu ovalno obliko, pri čemer imajo povečan prerez na območju stika posameznega rebra 7 z notranjo ploskvijo vsake od zavornih plošč 2, zato je omogočen večji toplotni tok proti sredini zavornega diska 1. Na zunanjem obodu 1b zavornega diska 1, torej v zunanji vrsti, so rebra 7 močnejša, z večjim prerezom, in postavljena tangencialno na smer vrtenja, saj med zasilnim zaviranjem zaradi velikih temperaturnih gradientov pride do konveksne deformacije tornih površin, ki pa upogibno najbolj obremenijo zunanjo vrsto hladilnih reber 7. Notranje vrste hladilnih reber 7 pa so izvedene z manjšim prerezom in ustrezno zamaknjene za omogočanje enakih toplotnih ter ventilacijskih lastnosti v obe smeri vrtenja.
Ker zaradi pritrditve fleksibilnih nosilcev 4 v spodnjem delu zavornih plošč 2, to je bližje notranjem obodu 1a zavornega diska 1, ni možna postavitev zadostnega števila hladilnih reber 7, in sta s tem zavorni plošči 2 v tem delu manj povezani, so hladilna rebra 7, ki so pozicionirana v bistvu vzporedno z vsakokratnim nosilcem 4, ravno tako izvedena z večjim prerezom in pomaknjena v radialni smeri čim bolj proti vsakokratnemu nosilcu 4, najmanj toliko, kot to omogočajo proizvodnje omejitve, to je livarski proces. Dodatno imajo ta rebra 7 v delu, kjer nalegajo na notranjo ploskvijo vsake od zavornih plošč 2, izvedene ojačitve, ki zmanjšajo deformacijo spodnjega roba zavornega diska 1, saj med zasilnim zaviranjem pride do konveksnosti zavorne površine, ki je posledica velikih temperaturnih gradientov v zavornih ploščah 2.
Navedena oblika in pozicija hladilnih reber 7 omogoča 35% nižje ventilacijske izgube. Ker ventilacijske izgube eksponentno rastejo s hitrostjo vlaka, te postanejo znatne nad 100km/h. Zavorni disk 1 po izumu je trenutno namenjen za vlake do 200 km/h.
Število fleksibilnih nosilcev 4 je odvisno od velikosti zavornega diska 1, vendar je zaželeno, da za doseganje želenih karakteristik, zavorni disk 1 vključuje najmanj šest fleksibilnih nosilcev 4. V izvedbenem primeru, ki je prikazan na slikah 2, 3 in 5 zavorni disk 1 po izumu vključuje deset fleksibilnih nosilcev 4, ker zaradi omejitev v livarskem procesu večje število pri tej velikosti diska 1 ni možno. Zavorni disk 1 z večjim obsegom bi tako lahko imel kašen nosilec 4 več, disk 1 z manjšim obsegom pa kakšnega manj zaradi prostorskih omejitev v tangencialni smeri. Število nosilcev 4 ravno tako ni omejeno na sodo ali liho število. Zaradi modalnih vibracij so liha števila nosilcev 4 celo zaželena, saj se na podlagi simulacij v teoriji pričakuje, da ima zavorni disk 1 z lihim številom nosilcev 4 manjšo možnost cviljenja med zaviranjem, saj ima geometrija zavornega diska 1 z lihim številom nosilcev 4 manj geometrijskih simetrij to pa pomeni, da ima geometrija manj lastnih frekvenc.
Zavorni disk 1 po izumu ima med zavornima ploščama 2 ter pestom 3 posebne fleksibilne nosilce 4, ki omogočajo, da je zavorni disk 1 vlit skupaj s pestom 3 iz nodularne litine v enem kosu. Fleksibilni nosilci 4 omogočajo prosti toplotni raztezek zavornih plošč 2 v radialni smeri. Ta sprostitev znatno zniža napetosti povzročene zaradi toplotnih deformacij, ki so glavne napetosti pri zavornih diskih. Ker so zavorne plošče 2 preko fleksibilnih nosilcev 4 povezane s pestom 3 je tesni ujem pesta 3 z osjo bolj konstanten. Namreč skozi raziskave ter MKE simulacije je bilo opaženo, da toga povezava med pestom 3 ter zavornima ploščama 2 povzroča težave, saj med segrevanjem povzroči hude radialne sile na mestu, kjer je izveden tesni ujem. Te napetosti znatno znižajo površinski tlak na samem tesnem ujemu ter s tem zmanjšajo zmožnost prenašanja navora skozi spoj tudi do 80% (Slika 3). Posledično imajo prejšnje izvedbe iz stanja tehnike zelo masivne nosilce 4 zaradi česar je zavorni disk 1 težji (Slika 1). Nova izvedba zavornega diska 1 (Slika 2) zmanjša maso celotnega zavornega diska 1 tudi do 25%. Ker so napetosti med zaviranjem na torni površini manjše, je možnost razpok na površini manjša, življenjska doba zavornih oblog je daljša, posledično pa nastaja manj prahu ter dima med zaviranjem.

Claims (10)

  1. Patentni zahtevki
    1. Enodelni zavorni disk (1) za tirna vozila, ki je sestavljen iz dveh soosnih zavornih plošč (2), ki sta med seboj povezani s hladilnimi rebri (7), pesta (3) in nosilcev (4), ki so v enakomernih razmikih radialno razporejeni po zunanjem obodu (3a) pesta (3), pri čemer sta zavorni plošči (2) preko nosilcev (4) neločljivo vpeti na pesto (3), označen s tem, da je nosilec (4) izveden iz togega dela (4a), s katerim je nosilec (4) neločljivo pritrjen na zunanji obod (3a) pesta (3), in iz prožnega dela (4b), ki se zvezno nadaljuje iz togega dela (4a), pri čemer je prožni del (4b) izveden pod naklonom glede na os vrtenja, in je prožni del (4b) na mestu pritrditve na zavorni plošči (2) izveden z zaokrožitvijo (5), s katero je preko povezovalnega elementa (6) neločljivo pritrjen na obe zavorni plošči (2) in pri čemer je kot naklona (a), ki ga oklepata radialna os (R), ki poteka skozi središče zaokrožitve (5) ter premica (S), ki povezuje točki na začetku in koncu prožnega dela (4b) nosilca (4) in poteka skozi središče zaokrožitve (5), med 35 do 50° in je dolžina (L) prožnega dela (4b) določena tako, daje mesto pritrditve ob zagotavljanju definiranega kota (a) čim bližje notranjemu obodu zavornih plošč (2), hkrati pa je še vedno omogočena čim bolj optimizirana razporeditev hladilnih reber (7).
  2. 2. Enodelni zavorni disk (1) po zahtevku 1, označen s tem, da je mesto pritrditve prožnega dela (4b) na zavorni plošči (2) izvedeno približno na eni tretjini širine zavornih plošč (2).
  3. 3. Enodelni zavorni disk (1) po zahtevku 1, označen s tem, da je togi del (4a) nosilca (4) na pesto (3) pritrjen tako, da je stična površina togega dela (4a) nosilca (4) in pesta (3) v bistvu pravokotna glede na radialno os (R).
  4. 4. Enodelni zavorni disk (1) po zahtevku 1, označen s tem, da je togi del (4a) nosilca (4) na eni strani izveden z radiusom (r), za omogočanje odmika prožnega dela (4b) od pesta (3) v radialni smeri za razdaljo (D), s čimer je prožni del (4b), na mestu, kjer se prožni del (4b) nadaljuje iz togega dela (4a) dvignjen nad zunanji obod (3a) pesta (3) za razdaljo (D), s čimer se pri isti dolžini nosilca (4) poveča kot (a), hkrati pa je omogočena namestitev večjega števila nosilcev (4).
  5. 5. Enodelni zavorni disk (1) po zahtevku 1, označen s tem, da je prožni del (4b) izveden iz dveh med seboj vzporednih krakov (8) za preprečevanje rotacije nosilca (4) na mestu pritrditve nosilca (4) na zavorni plošči (2) med deformacijo, do katere pride pri zaviranju.
  6. 6. Enodelni zavorni disk (1) po zahtevku 5, označen s tem, da sta kraka (8) ploščata in na robovih zaokrožena, pri čemer je širina kraka (8) vsaj za tri kratnik večja od njegove debeline in je širina vrzeli (8a) med krakoma (8) približno enaka širini posameznega kraka (8).
  7. 7. Enodelni zavorni disk (1) po zahtevkih 5 in 6, označen s tem, da sta kraka (8) rahlo uklonjena v smeri proti osi vrtenja.
  8. 8. Enodelni zavorni disk (1) po predhodnih zahtevkih, označen s tem, da imajo hladilna rebra (7) v prerezu ovalno obliko, pri čemer imajo povečan prerez na območju stika posameznega rebra (7) z notranjo ploskvijo vsake od zavornih plošč (2), in so na zunanjem obodu (1b) zavornega diska (1), torej v zunanji vrsti, rebra (7) z večjim prerezom in postavljena tangencialno na smer vrtenja, in so notranje vrste hladilnih reber (7) izvedene z manjšim prerezom in ustrezno zamaknjene, za omogočanje enakih toplotnih ter ventilacijskih lastnosti v obe smeri vrtenja.
  9. 9. Enodelni zavorni disk (1) po zahtevku 8, označen s tem, da so hladilna rebra (7), ki so pozicionirana v bistvu vzporedno z vsakokratnim nosilcem (4), izvedena z večjim prerezom in pomaknjena v radialni smeri čim bolj proti vsakokratnemu nosilcu (4), najmanj toliko kot omogoča livarski proces, pri čemer imajo ta rebra (7) v delu, kjer nalegajo na notranjo ploskvijo vsake od zavornih plošč (2), izvedene ojačitve, za zmanjšanje deformacije spodnjega roba zavornega diska (1).
  10. 10. Enodelni zavorni disk (1) po predhodnih zahtevkih, označen s tem, da zavorni disk (1) vključuje najmanj šest fleksibilnih nosilcev (4).
SI202000222A 2020-11-30 2020-11-30 Enodelni zavorni disk za tirna vozila SI26108A (sl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI202000222A SI26108A (sl) 2020-11-30 2020-11-30 Enodelni zavorni disk za tirna vozila
EP21203108.2A EP4006374B1 (en) 2020-11-30 2021-10-18 One-piece brake disc for rolling stock

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI202000222A SI26108A (sl) 2020-11-30 2020-11-30 Enodelni zavorni disk za tirna vozila

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI26108A true SI26108A (sl) 2022-05-31

Family

ID=78528605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI202000222A SI26108A (sl) 2020-11-30 2020-11-30 Enodelni zavorni disk za tirna vozila

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4006374B1 (sl)
SI (1) SI26108A (sl)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1200339B (de) * 1963-05-18 1965-09-09 Knorr Bremse Gmbh Bremsscheibe fuer Scheibenbremsen, insbesondere fuer Schienenfahrzeuge
AT265359B (de) * 1966-02-10 1968-10-10 Knorr Bremse Gmbh Verbundgußscheibe für Scheibenbremsen
US20040124045A1 (en) 2002-12-26 2004-07-01 Westinghouse Air Brake Technologies Corporation Brake disc
DE10355662B3 (de) 2003-11-28 2005-08-11 Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH Monoblock-Bremsscheibe
CN102245922B (zh) * 2008-12-08 2014-10-22 薄板铸造科技股份有限公司 制动盘以及生产制动盘的方法
DE102009027116B4 (de) * 2009-06-19 2014-03-13 Sheet Cast Technologies Gmbh Bremsscheibe sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Bremsscheibe
CN105829757B (zh) * 2013-12-20 2020-11-06 西门子交通奥地利有限责任公司 包括冷却元件的制动盘
DE102016115996A1 (de) * 2016-08-29 2018-03-01 Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH Wellenbremsscheibe für ein Schienenfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
EP4006374A1 (en) 2022-06-01
EP4006374B1 (en) 2024-04-17
EP4006374C0 (en) 2024-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4613021A (en) Brake disc with removable pads
CN1804422B (zh) 特别用于铁路领域的具有摩擦元件的盘式制动衬垫
CN101821527B (zh) 用于钳盘式制动器的制动衬块
US7051845B2 (en) Heat shield assembly for aircraft wheel and brake assembly
EP1805430B2 (en) Disc for a disc brake
US20140158486A1 (en) Disc for a Disc Brake
KR101991531B1 (ko) 특히 유틸리티 차량용의, 디스크 브레이크 및 디스크 브레이크용 브레이크 라이닝
KR101735141B1 (ko) 철도 차량 브레이크 디스크
US8336682B2 (en) Ventilated brake disk and method
WO2008135876A2 (en) Ventilated brake disc
AU2008346497A1 (en) Rail wheel
CN108431445B (zh) 用于车辆的制动盘
AU2017246349B2 (en) Brake disc with coning-compensating arrangement
US20160258500A1 (en) Brake Disc Mounting Arrangement
CN110088495B (zh) 对置活塞型盘式制动器用卡钳
SI26108A (sl) Enodelni zavorni disk za tirna vozila
US20100025169A1 (en) Brake disk for a disk brake
US8925693B2 (en) Brake disc and disc brake
CN108368900B (zh) 用于车辆的制动盘
CN103697091B (zh) 内嵌式制动闸片
EP3848604B1 (en) Disc brake pad spring
EP4202250B1 (en) Wheel brake disc for rail vehicles with improved mounting
US6354409B1 (en) Brake rotor having thermal symmetry
JP4100297B2 (ja) 鉄道車両用ブレーキディスク
WO2021137820A1 (en) Invention in brake disc ventilation vanes

Legal Events

Date Code Title Description
OO00 Grant of patent

Effective date: 20220607