WO1995030841A1 - Innenbelüftete wellenbremsscheibe - Google Patents

Innenbelüftete wellenbremsscheibe Download PDF

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Torsten Dellmann
Helmut Ruppert
Wolfgang Lehmann
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Definitions

  • the invention relates to an internally ventilated shaft brake disc for vehicles, in particular rail vehicles.
  • Internally ventilated brake discs are usually made of cast alloys (GG, GGG, G-Al, GS), whereby cores adapted to the respective casting process are used in the casting mold for the production of the internal cavities and channels. Accordingly, easily castable alloys are preferably used for inexpensive production. Brake discs are forged for high and very high demands. With forges, however, no cavities and ventilation channels can be created inside the brake disc and therefore no internally ventilated shaft brake discs.
  • a ventilation insert is clamped.
  • this pinched ventilation insert cannot prevent the individual brake rings from deforming in the axial direction due to thermal or mechanical stress. It has been shown in particular that the friction rings move away from one another in the axial direction on the outer circumference.
  • the aim or object of this invention is to propose generic brake disks which are inexpensive to manufacture and are protected against axial deformation of the friction rings.
  • Cooling fins can be attached to the friction ring on one side, wherein the friction ring plus cooling fins as a whole can be produced by forging.
  • Two such friction rings, preferably of identical construction, with cooling fins are joined together in the so-called “back to back” arrangement, cooling air ducts then being formed between the friction rings like in a cast disc.
  • connection of two friction rings can preferably be made by material locking (soldering, welding, gluing) but also by positive locking with bolts, rings or by screwing. Both the cooling fins of two friction rings on their end faces and the friction rings with interposed webs and / or fins can be connected. With a staggered arrangement as described in claim 4, the cooling fins can also be attached with their end faces to the back of the opposite friction ring.
  • the brake disc or friction ring halves and / or friction ring segments forged according to the invention have a very high load-bearing capacity and low manufacturing costs compared to cast brake discs made of GG and GGG, which result in particular from large quantities.
  • alloys or material mixtures can also be used which can only be produced by powder metallurgy, but not by melt metallurgy.
  • FIGS. 1a and 1b show a detail of the view of a friction ring 1 with cooling fins 2 arranged thereon
  • FIG. 2 shows a section along the line AA from FIG. 1a.
  • FIG. 3 shows a section along the line BB from FIG. 1a.
  • FIGS. 4a to 4h schematically show different embodiments for the cooling fins 2a to 2j.
  • the friction rings 1 have fastening lugs 6 distributed around the circumference, with which they are fastened to the hub in such a way that expansion screws or similar elements pass through holes 7. Between the individual attachment lugs 6, passage openings 8 for the cooling air are formed between the inner diameter of the friction rings and the outer diameter of the hub.
  • the cooling fins (2, 2a-j) are shown in more detail in the figures, tapering conically from the friction rings 1 towards the center between two friction rings.
  • Cooling fins 2 can be done in different ways.
  • the cooling fins 2a are connected to a weld seam 3 on their end face.
  • the cooling fins 2b are arranged offset to one another in the circumferential direction and extend with their end face to the rear of the friction ring 1, where they are connected to the weld 4 with this.
  • the cooling fins 2c are also arranged offset and the end faces are spaced from the rear of the friction ring 1.
  • a connection of the two elements takes place via the connecting elements 9, which can consist of an arcuate clamping ring or bolt or also of simple screw connections.
  • cooling fins 2d which are produced separately, are arranged between the two friction rings and connect the friction rings 1 on their two end faces with the weld seams 5.
  • FIGS. 4f and 4g show connections in the manner of a bayonet lock, in which case certain lugs 11a, 11b on the cooling fins 2f, 2j interact with corresponding cutouts 12a, 12b.
  • These approaches or recesses can have the shape of a trapezoid, dovetail or hammer head.
  • FIGS. 4g and 4h finally show the combination of radially and / or tangentially oriented cooling fins 2i, 2j on the inner circumference with tangentially extending cooling fins 2g, 2h, each of which alternately belongs to the left and right friction rings 1 in the circumferential direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine innenbelüftete Wellenbremsscheibe für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge. Die Erfindung besteht aus folgenden Merkmalen: Die beiden Reibringe (1) sind (a) mit der Nabe lösbar verbunden, (b) getrennt, vorzugsweise durch Schmieden oder als Schweisskonstruktion hergestellt, (c) besitzen an der der Reibfläche abgekehrten Seite am Umfang verteilt, vorzugsweise radial angeordnete, Kühlrippen (2f), die (d) mit den gegenüberliegenden Reibringen (1) und/oder Kühlrippen (2f) derart fest (11a, 12a) verbunden sind, dass eine axiale Verformung der Reibringe (1) verhindert wird.

Description

Innenbelüftete Wellenbremsscheibe
Beschreibung:
Die Erfindung bezieht sich auf eine innenbelüftete Wellenbremsscheibe für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge.
Innenbelüftete Bremsscheiben sind üblicherweise aus Gußlegierungen (GG, GGG, G-Al, GS) hergestellt, wobei für die Herstellung der inneren Hohlräume und Kanäle dem jeweiligen Gießverfahren angepaßte Kerne in der Gußform verwandt werden. Dementsprechend werden zur kostengünstigen Herstellung bevorzugt leicht gießbare Legierungen verwandt. Für hohe und höchste Beanspruchungen werden Bremsscheiben geschmiedet. Mit Schmieden lassen sich jedoch keine Hohlräume und Belüftungskanäle im Bremsscheibeninneren herstellen und somit keine innenbelüftete Wellenbremsscheiben.
Aus der DE 41 14 112 A1 ist eine Bremsscheibe mit Nabe mit einem oder mehreren demontierbaren Bremsringen bekannt, bei der zwischen zwei
Bremsringen zur Verbesserung der Wärmeableitung ein Ventilationseinsatz eingeklemmt ist. Durch diesen eingeklemmten Ventilationseinsatz kann allerdings nicht verhindert werden, daß die einzelnen Bremsringe sich aufgrund thermischer oder mechanischer Beanspruchung in axialer Richtung verformen. Es hat sich insbesondere gezeigt, daß die Reibringe sich am äußeren Umfang in axialer Richtung voneinander wegbewegen.
Ziel bzw. Aufgabe dieser Erfindung ist es, gattungsgemäße Bremsscheiben vorzuschlagen, die kostengünstig herzustellen sind und gegen eine axiale Verformung der Reibringe geschützt sind.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruches 1 wiedergegeben. Die Unteransprüche 2 bis 8 enthalten sinnvolle Ausführungsformen dazu.
Es hat sich erfindungsgemäß als besonders sinnvoll und preisgünstig erwiesen, für eine iπnenbelüftete Wellenbremsscheibe die beiden Reibringe durch Schmieden oder als Schweißkonstruktion herzustellen, sie mit Abstand zueinander an der Nabe zu befestigen und die gegenüberliegenden Kühlrippen bzw. Reibringe derart fest miteinander zu verbinden, daß auch eine axiale Verformung der Reibringe verhindert wird.
Die Anordnung der Kühlrippen an den Reibringen und die verschiedenen Möglichkeiten zur festen Verbindung der Kühlrippen miteinander ist in den Unteransprüchen angegeben. Es können dabei an dem Reibring einseitig Kühlrippen befestigt sein, wobei Reibring plus Kühlrippen als Ganzes durch Schmieden hergestellt werden können. Zwei derartige vorzugsweise baugleiche Reibringe mit Kühlrippen werden in der sogenannten "Rücken an Rücken"-Anordnung zusammengefügt, wobei zwischen den Reibringen dann wie bei einer gegossenen Scheibe Kühlluftkanäle entstehen.
Die Verbindung zweier Reibringe kann bevorzugt durch Materialschluß (Löten, Schweißen, Kleben) aber auch durch Formschluß mit Riegeln, Ringen oder auch durch Verschrauben hergestellt werden. Es können sowohl die Kühlrippen zweier Reibringe an ihren Stirnseiten als auch die Reibringe mit zwischengesetzten Stegen und/oder Rippen verbunden werden. Bei versetzter Anordnung wie in Anspruch 4 beschrieben, können die Kühlrippen auch mit ihren Stirnseiten an der Rückseite des gegenüberliegenden Reibringes befestigt werden.
Die erfindungsgemäß geschmiedeten Bremsscheiben- oder Reibringhälften und/oder Reibringsegmente besitzen gegenüber gegossenen Bremsscheiben aus GG und GGG eine sehr hohe Beanspruchbarkeit und günstige Herstellkosten, die insbesondere bei hohen Stückzahlen sich ergeben. Außerdem können auch Legierungen bzw. Materialgemische Anwendung finden, die nur pulvermetallurgisch, aber nicht schmelzmetallurgisch herstellbar sind.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren 1 bis 4 beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1a und 1b zeigen als Ausschnitt die Ansicht eines Reibringes 1 mit darauf angeordneten Kühlrippen 2 Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie A-A von Fig. 1a Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie B-B von Fig. 1a Die Figuren Fig. 4a bis 4h zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen für die Kühlrippen 2a bis 2j.
Die Reibringe 1 besitzen am Umfang verteilt angeordnete Befestigungsansätze 6, mit denen sie in der Weise an der Nabe befestigt werden, daß Dehnschrauben oder ähnliche Elemente Bohrungen 7 durchgreifen. Zwischen den einzelnen Befestigungsansätzen 6 bilden sich zwischen dem inneren Durchmesser der Reibringe und dem äußeren Durchmesser der Nabe Durchtrittsöffnungen 8 für die Kühlluft. Die Kühlrippen (2, 2a-j) sind in den Figuren näher dargestellt, wobei sie von den Reibringen 1 aus sich zur Mitte zwischen zwei Reibringen hin konisch verjüngen.
Die Verbindung der beiden Reibringe 1 mit den daran angeordneten . Kühlrippen 2 kann in verschiedener Weise erfolgen.
Nach Fig. 4a sind die Kühlrippen 2a an ihrer Stirnseite mit einer Schweißnaht 3 verbunden.
Bei Fig. 4b sind die Kühlrippen 2b in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet und reichen mit ihrer Stirnseite bis an die Rückseite des Reibringes 1 , wo sie mit der Schweißnaht 4 mit dieser verbunden sind.
Nach Fig. 4c sind die Kühlrippen 2c ebenfalls versetzt angeordnet und die Stirnflächen sind mit Abstand zu der Rückseite des Reibringes 1 angeordnet. Eine Verbindung der beiden Elemente geschieht über die Verbindungselemente 9, die aus einem kreisbogenförmigen Spannring oder Riegel oder auch aus einfachen Schraubverbindungen bestehen können.
In Fig. 4d sind zwischen den beiden Reibringen getrennt hergestellte Kühlrippen 2d angeordnet, die an ihren beiden Stirnflächen mit den Schweißnähten 5 die Verbindung zu den Reibringen 1 herstellen.
Fig. 4e zeigt die Verbindung der beiden Reibringe 1 zwischen den Kühlrippen 2e mittels Reibschweißen, wobei zum Erzeugen einer ebenen Reibfläche ein Zwischenring 10 verwendet wird. In den Figuren 4f und 4g sind schließlich Verbindungen nach Art eines Bajonettverschlusses dargestellt, wobei jeweils bestimmte Ansätze 11 a, 11 b an den Kühlrippen 2f, 2j mit entsprechenden Aussparungen 12a, 12b zusammenwirken. Diese Ansätze bzw. Aussparungen können die Form eines Trapezes, Schwalbenschwanzes oder eines Hammerkopfes haben. Nach axialer Zusammenführung der beiden Reibringe 1 werden diese um einen gewissen Winkel gegeneinander verdreht, so daß die Ansätze 11 a, 11 b in die Aussparungen 12a, 12b hineingedreht werden. Damit besteht eine feste Verbindung der beiden Reibriπge und es wird eine axiale Verformung der Reibflächen (Welligkeit oder Schirmung) auf einfache Weise verhindert.
Die Figuren 4g und 4h zeigen schließlich noch die Kombination von am äußeren Umfang radial und/oder tangential ausgerichteten Kühlrippen 2i, 2j mit am inneren Umfang angeordneten tangential sich erstreckenden Kühlrippen 2g, 2h, die jeweils in Umfangsrichtung abwechselnd zum linken und rechten Reibring 1 gehören.
Bezugszeichenliste:
1 Reibring , 2a-2j Kühlrippen
3, 4, 5 Schweißnähte/Lötstelle
6 Befestigungsansatz zur Befestigung an der Nabe
7 Bohrung für die Befestigung von 1 an der (nicht dargestellten) Nabe
8 Durchtrittsöffnung für Kühlluft
9 Spannring oder Riegel als Verbindungselement
10 Zwischenring a, 11 b Ansätze a, 12b Aussparungen

Claims

Patentansprüche:
1. Innenbelüftete Wellenbremsscheibe für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge mit folgenden Merkmalen: die beiden Reibringe (1 ) sind a) mit der Nabe lösbar verbunden, b) getrennt, vorzugsweise durch Schmieden oder als Schweißkonstruktion hergestellt, c) besitzen an der der Reibfläche abgekehrten Seite am Umfang verteilt, vorzugsweise radial angeordnete, Kühlrippen (2), die d) mit den gegenüberliegenden Reibringen (1 ) und/oder Kühlrippen (2) derart fest verbunden sind, daß eine axiale Verformung der Reibringe (1 ) verhindert wird.
2. Innenbelüftete Wellenbremsscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (2) in der Mitte zwischen den beiden Reibringen, vorzugsweise an ihren Stirnflächen material- und/oder formschlüssig miteinander zusammengefügt sind.
3. Innenbelüftete Wellenbremsscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (2c) zweier zugeordneter Reibringe (1 ) in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind.
4. Innenbelüftete Wellenbremsscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (2c) über die Abstandsmitte zwischen den beiden Reibringen (1 ) hinausragen.
5. Innenbelüftete Wellenbremsscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Reibringen (1 ) Kühlrippen (2d) angeordnet sind, die vorzugsweise durch Schweiß- oder Lötnähte (5), mit den Reibringen (1 ) verbunden sind.
6. Innenbelüftete Wellenbremsscheibe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibringe (1 ) und/oder die Kühlrippen (2/2c) über Verbindungselemente (9) miteinander verbunden sind.
7. Innenbelüftete Wellenbremsscheibe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibringe (1 ) und/oder die Kühlrippen (2/2e), eventuell unter
Zwischenlage eines Zwischenrings (10), durch Reibschweißen miteinander verbunden sind.
8. Innenbelüftete Wellenbremsscheibe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Reibringe (1 ) und/oder Kühlrippen (2f, 2j) einerseits trapez-, schwalben- oder hammerkopfförmige Aussparungen (12a, 12b) und andererseits entsprechende Ansätze (11a, 11b) besitzen, so daß die Kühlrippen (2f, 2j) und/oder Reibringe (1 ) nach Art eines Bajonettverschlusses durch Verdrehung gegeneinander zusammengefügt werden.
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