WO2013013827A2 - Bremsklotz - Google Patents

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WO2013013827A2
WO2013013827A2 PCT/EP2012/003174 EP2012003174W WO2013013827A2 WO 2013013827 A2 WO2013013827 A2 WO 2013013827A2 EP 2012003174 W EP2012003174 W EP 2012003174W WO 2013013827 A2 WO2013013827 A2 WO 2013013827A2
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WO
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brake pad
sole
friction surface
friction
brake
Prior art date
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PCT/EP2012/003174
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French (fr)
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WO2013013827A3 (de
Inventor
Florian WENDLER
Herbert Freudenberg
Original Assignee
Becorit Gmbh
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Publication date
Application filed by Becorit Gmbh filed Critical Becorit Gmbh
Publication of WO2013013827A2 publication Critical patent/WO2013013827A2/de
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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
    • F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • F16D69/025—Compositions based on an organic binder
    • 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
    • F16D65/04—Bands, shoes or pads; Pivots or supporting members therefor
    • F16D65/06—Bands, shoes or pads; Pivots or supporting members therefor for externally-engaging brakes
    • F16D65/062—Bands, shoes or pads; Pivots or supporting members therefor for externally-engaging brakes engaging the tread of a railway wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T1/00—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/02—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels
    • B60T1/04—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles acting by retarding wheels acting directly on tread
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61H—BRAKES OR OTHER RETARDING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR RAIL VEHICLES; ARRANGEMENT OR DISPOSITION THEREOF IN RAIL VEHICLES
    • B61H1/00—Applications or arrangements of brakes with a braking member or members co-operating with the periphery of the wheel rim, a drum, or the like
    • 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
    • F16D65/005—Components of axially engaging brakes not otherwise provided for
    • F16D65/0056—Brake supports
    • F16D65/0062—Brake supports integral with vehicle suspension, e.g. with the steering knuckle
    • 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
    • F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D2069/002—Combination of different friction materials

Definitions

  • the invention relates to a brake pad with a brake pad holder for generating a braking force by frictional contact of a friction surface of a brake pad sole of the brake pad with a running surface of a wheel of a rail vehicle, wherein the brake pad sole a soft friction material having a hardness of preferably less than 400 N / mm 2 , more preferably less than 350 N / mm, in particular less than 220 N / mm, and / or having a modulus of elasticity of preferably less than 20,000 N / mm 2 , more preferably less than 5,000 N / mm 2 , in particular less than 2,500 N. / mm 2 , and wherein, particularly preferably, a composite material with an organic bonding system, in particular a synthetic resin-bonded friction material, is provided as the friction material.
  • So-called block brakes for rail vehicles are known from the prior art, which are used in particular for freight cars up to a maximum speed of 120 km / h and as an additional brake up to the high-speed range.
  • the entire braking is achieved via mechanically acting block brakes.
  • Brake shoe blocks made of gray cast iron act directly on the tread of a wheel tire of a wheelset in these block brakes. Braking with gray cast iron soles results in rough and undulating treads. Due to the mechanical action of the brake pads on the tread, there is also a corrugation on the tread.
  • composite brake pad soles or composite brake pad soles are used with organic bonding system at the location of the usual brake pad soles made of cast iron, which have lower compared to brake blocks of cast iron lower hardness and, for example bound in synthetic organic and / or inorganic materials such as aramid fibers , Copper fibers or steel fibers.
  • Organic friction materials can be characterized by the use of resin and rubber as organic binder.
  • brake blocks made of sintered materials are
  • CONFIRMATION COPY sets which have a higher hardness compared to composite brake block soles and may contain metal fine powders, in particular iron, copper or non-ferrous metal.
  • composite brake shoe soles or brake shoe soles made of sintered materials offer the advantage over conventional gray cast iron brake blocks that they are less prone to the formation of corrugations on the wheel tread than cast iron brake shoe blocks.
  • the wheel geometry is subject to greater wear, which smoothes the wheel tread and keeps the wheels round. As a result, the rolling noise of the wheel on the rail is significantly reduced, which means a positive contribution to noise protection.
  • Object of the present invention is to provide a brake pad available, which is characterized by a low and uniform wheel wear during braking. Incidentally, the self-wear of the brake pad sole during braking should be reduced.
  • the brake pad according to the invention should also be inexpensive to produce and have a high coefficient of friction stability in the wet. Rolling noise and the odor release during Deceleration of the wheel should be low when using the brake pad according to the invention.
  • the brake shoe sole or the friction lining of the brake pad according to the invention on the side of the friction surface has at least one material recess, wherein the friction surface is partially interrupted by the material recess and wherein the proportion of the total recessed Area on the total surface of the brake pad sole on the side of the friction surface more than 15%, preferably more than 20%, in particular more than 25%.
  • the proportion of the total recessed area in the total area of the brake pad sole can also be more than 30%, up to 40% or even more.
  • the proportion of the recessed area on the friction surface accordingly corresponds to more than 17%, preferably more than 25%, in particular more than 33%.
  • the abovementioned surface portions relate to a coherent wear volume or a friction lining formed in one piece.
  • the material recess forms a depression in the brake pad sole which, starting from the friction surface of the brake pad sole, extends only over part of the depth or thickness of the brake pad sole in the direction of the brake pad holder and does not break through the brake pad sole on the side of the brake pad holder.
  • the brake pad sole then has at least a portion of lesser thickness forming a recessed area and adjacent areas of greater thickness forming the friction surface (s).
  • the material recess can also be formed on both sides of the brake pad sole passing through or piercing.
  • the brake pad sole then has at least one through opening through which the recessed area is determined in size.
  • total area of the brake pad sole means the area sum of the recessed area (s) and the friction surface (s) of the brake pad sole at the level of the curved or planar surface of the brake pad sole or the friction surface facing the running surface of the wheel the brake shoe sole and preferably based on a non-retracted state (0% support pattern) understood the brake pad sole.
  • each recess is completely surrounded by the sole or friction material.
  • the total area of the brake pad sole results from the sum of the area of the recessed area (s) in the region of the recess (s) and the friction surface (s) of the brake pad sole, as described above.
  • it may also be recesses provided in the friction surface, which extend to a longitudinal or transverse edge of the brake pad sole.
  • the "total area" of the brake shoe sole within the meaning of the invention may also correspond to the base area, which is bounded and fixed by a wrapper or outline laid on the brake pad sole at the level of the friction surface, preferably with straight longitudinal and transverse sides.
  • the envelope may preferably define a rectangular base with straight longitudinal and transverse sides, wherein the longitudinal and transverse sides of the base are placed on the longitudinal and transverse sides of the brake shoe sole or the longitudinal and transverse sides of the base of the longitudinal and transverse sides of the brake pad sole as far as possible linear are approximated.
  • the material recess may be the result of a targeted removal of material by machining the brake pad sole on the side of the friction surface.
  • a material recess can also be introduced or predetermined in the production of the brake pad sole, in particular when the friction material is pressed into a correspondingly formed shape.
  • the temperature profile over the contact surface between brake shoe sole and wheel and the height of the locally occurring at the wheel during a braking process temperatures is significantly influenced by the number and size of the actual involved in the heat transfer and heat dissipation local surface elements or local contact surfaces of the brake pad sole.
  • the invention is based on the finding that not the entire nominal friction surface of the brake pad sole is actually involved in the heat transfer, but that the number and size of the local area elements of the brake pad sole actually involved in the heat transfer deviates from the nominal friction surface of the brake pad sole.
  • the reduction of the nominal size of the friction surface causes the pressure applied to the remaining friction surface to increase with equal braking force, which, due to the softness of the friction material, causes the friction material to be under compression during braking and pressing against the wheel on the side the friction surface is slightly deformed, so that the actually involved in the braking surface areas, based on the nominal contact area, increased, which leads to reduced local peak temperatures and to a uniform and reduced wear on the wheel and the brake pad sole.
  • the brake pad according to the invention By using the brake pad according to the invention, it is possible to reduce the counter-wear occurring during braking on the wheel and to even out. At the same time, there is a reduction in the self-wear of the brake pad sole. A reduced wear rate makes it possible to extend required Radreprofilleitersintervalle and / or reduce material removal in a Radprofiltechnik. Inspection and inspection intervals can also be extended when using the brake shoe sole according to the invention.
  • the brake pad according to the invention is also characterized by a high coefficient of friction stability in the wet and by a smaller negative influence on the wheel geometry, which has an advantageous effect on the dynamic running behavior of the rail vehicle. In addition, a low-noise and low-odor braking operation is possible.
  • a "soft" friction material according to the invention is understood to mean a material of the brake pad sole or a friction material that has a hardness of preferably less than 400 N / mm 2 , more preferably less than 350 N / mm 2 , in particular less than 220 N / mm 2 , and / or a modulus of elasticity of preferably less than 20,000 N / mm 2 , more preferably less than 5,000 N / mm, in particular less than 2,500 N / mm , having.
  • the above and below mentioned hardness specifications refer to a hardness test method according to DIN EN ISO 2039-1 (ball indentation hardness).
  • the ball indentation hardness is determined in ball impact tests with a ball diameter of 5 mm, a preload of 9.8 N and test loads of 49 N, 132 N, 358 N and 961 N.
  • the test load shall be selected from the above values so that the penetration depth H in the test specimen is between 0, 15 mm and 0,35 mm. The harder the material that makes up the test specimen, the higher the test load must be. From the determined penetration depth, a reduced test force and finally the ball indentation hardness HB are calculated in [N / mm 2 ] or read from a table.
  • the proportion of the total area of the brake pad sole recessed on the side of the friction surface may therefore preferably be less than 50%, more preferably less than 45%, particularly preferably less than 40%, in particular less than 35%, again based in each case on a non-retracted or non-ground condition of the brake pad sole.
  • the at least one recess has an elongated contour and preferably extends in the longitudinal direction of the brake pad sole.
  • the recess may be formed as a slot, wherein the narrow sides of the slot may be closed by semi-circles, the diameter of which correspond to the width of the slot.
  • the longitudinal sides of the oblong hole parallel to each other and preferably parallel to the central longitudinal axis of the brake pad sole.
  • the long sides may be straight or even a curve, such as a circular to follow. It is therefore a hole, which is pulled along a defined path. It is understood, moreover, that a recessed recess or depression in the friction surface can also be obtained in the production of the brake pad by pressing the friction material into a corresponding shape.
  • the recess may also have a different geometry, for example oval or circular.
  • the length of a recess may be between 20 to 40% of the length of the brake shoe sole, the width of a recess between 40 to 60% of the width of the brake shoe sole, in each case based on the length or width of the brake pad sole in the region of the central longitudinal or central transverse axis of the recess ,
  • the brake shoe sole according to the invention may be formed free of transverse grooves.
  • at least one groove extending in the transverse direction of the brake shoe sole or diagonally in the longitudinal direction of the brake pad sole may also be provided, preferably in the region of the center transverse axis of the brake shoe sole.
  • at least one transverse or Diagonalnut can in principle reduce the stiffness of the brake pad sole, which can advantageously affect the wear behavior.
  • the brake pad sole can also be grooved several times obliquely or transversely to the longitudinal direction.
  • the longitudinal edges of the brake pad sole can be made on the side of the friction surface chamfer-free or non-rounded, based on the non-retracted state of the brake pad sole. This can be achieved for example by a corresponding subsequent areal removal of material on the side of the friction surface, in particular in the region of the longitudinal edge (s) of the brake pad sole, and leads to an increase in the nominal friction surface of the brake pad sole, the size of the friction surface in the non-retracted state already approx 95%, in particular about 98% or more, of the maximum friction surface can be in the retracted state of the brake pad sole. This has advantageous effects on the wear behavior.
  • the Longitudinal edges of the brake pad sole on the side of the friction surface in the non-retracted state are chamfered or rounded, the size of the friction surface in the non-retracted state but already about 95%, in particular about 98% or more of the maximum friction surface in the retracted state Brake pad sole amounts.
  • the brake pad sole has a rounding on the longitudinal edge facing the wheel flange of the wheel during braking operation, its diameter may preferably be less than 10 mm, in particular less than 5 mm. This also serves the purpose of providing the largest possible nominal friction surface of the brake shoe sole already in the non-retracted (new) state of the brake pad sole.
  • the proportion of the area of a recess in the total area of the brake pad sole can be between 10 and 20%, preferably between 12 and 18%, in particular between 13 and 17%, in particular on the non-retracted state of the brake pad sole.
  • a plurality of mutually separate recesses may be provided in the friction surface, wherein at least one recess is completely surrounded by the sole or friction material and / or wherein at least one recess extends to an outer side, in particular the transverse side, the brake pad sole and is designed to be open to the outside. More preferably, however, the friction surface is formed in the region of the longitudinal edges of the brake shoe sole free of recesses open to the outside.
  • the distance between a recess completely surrounded by the sole material of the sole edge should preferably be more than 5 mm, in particular more than 10 mm or more, so that during braking operation Ausoder breaking away parts of the brake pad sole in the recess is excluded safe.
  • a plurality of recesses, preferably all recesses of the brake shoe sole, can be arranged one behind the other in the longitudinal direction of the brake shoe sole be arranged a common Aussparungsline.
  • the center longitudinal axis of each recess can coincide with the common recess line.
  • the common recess line may coincide with the central longitudinal axis of the brake shoe sole or be displaced laterally relative to the central longitudinal axis, in particular in the direction of the wheel flange of the wheel facing side of the brake pad sole.
  • the recesses can also be arranged one behind the other in the longitudinal direction of the brake pad sole on a plurality of preferably parallel mutually extending recess lines.
  • Recesses may preferably be arranged diagonally or laterally offset from each other in the running direction of the wheel.
  • the recesses are preferably arranged distributed regularly alternately on the Aussparungslinien. Extend the recesses in the longitudinal direction of the brake pad sole and are formed, for example, as slots, so here, too, the central longitudinal axis of each recess coincide with a recess line. A central recess line may coincide with the central longitudinal axis of the brake pad sole.
  • two further Aussparungslinien can then be laterally offset and parallel to the central longitudinal axis.
  • the friction surface has a deviating from the rectangular shape geometry.
  • the brake pad sole may have, in a central region, mutually parallel preferably straight longitudinal edge sections which may extend over approximately one third of the total length of the brake shoe sole.
  • further preferably straight longitudinal edge sections may adjoin the parallel longitudinal edge sections, which run obliquely toward one another, so that the friction surface terminates pointedly at the transverse sides of the brake pad sole.
  • the transverse extent of the friction surface in the longitudinal direction of the brake pad sole or in the running direction of the wheel can be of a maximum width in the range Remove the center transverse axis of the brake pad sole to a smaller width on the outer transverse sides of the brake pad sole.
  • the friction surface may in this context have a hexagonal, diamond, parallelogram or trapezoidal outer contour line. In the case of a parallelogram-shaped outer contour line, the longitudinal extension of the friction surface in the transverse direction of the brake shoe sole does not change.
  • the longitudinal extent of the friction surface in the transverse direction increases from the two outer longitudinal sides of the brake shoe sole towards the central longitudinal axis of the brake shoe sole, so that the friction surface then expires in the region of the center longitudinal axis of the brake shoe sole.
  • the geometries described above can also help to reduce the internal and external wear during braking.
  • the friction surface can be formed continuously or not interrupted by recesses or the like. However, it can also be provided at least one transverse groove, preferably in the region of the central transverse axis of the brake pad sole, in order to reduce the rigidity of the brake pad sole.
  • the invention also allows at least one material recess to be provided on the side of the friction surface, as may be provided in the embodiments of the invention described above.
  • the recessed area may also be completely surrounded by the friction surface or may be open to the side edges of the brake pad sole.
  • total area within the meaning of the invention also results from the surface area of the recessed area (s) and the friction surface (s) of the brake pad sole in the amount of the friction area when the friction area is completely surrounded by the recesses.
  • the “total area” of the brake pad sole can correspond to a base area which is defined by an envelope placed against the brake pad sole or outline is defined with straight longitudinal and transverse sides.
  • the outline also defines here a rectangular base, the straight longitudinal and transverse sides are placed tangentially to the brake pad sole.
  • edge regions of the brake pad sole can be removed or removed by machining on the friction side of the brake pad sole facing the wheel.
  • the claimed geometry is generated by pressing the friction material into a mold having a corresponding geometry.
  • the embodiments described above relate to brake pad soles made of a soft friction material.
  • very wear-resistant friction materials having a hardness of preferably more than 400 N / mm, more preferably more than 470 N / mm, in particular more than 1400 N / mm , and / or with a modulus of elasticity of preferably more than 20,000 N / mm, more preferably more than 50,000 N / mm, especially for friction materials consisting of sintered materials, not causing recesses in the friction material to the desired wear reduction during braking operation, but the wear especially at the wheel can enlarge.
  • the invention is therefore based on the idea at this point to increase the nominal friction surface of the brake pad sole in brake pad soles of a hard friction material, which leads to correspondingly lower temperatures on the wheel during braking and thus to a lower wheel wear.
  • the size of the friction surface of the brake pad sole in the non-ground (new) state of the brake pad sole substantially already corresponds to the size of the maximum friction surface in the ground (working) state of the brake pad sole, wherein the size of the friction surface in the non-grinding ground state may already be about 95%, preferably about 98%, or more of the maximum friction surface in the ground state of the brake pad sole.
  • the cross-sectional contour of the brake shoe sole can in this case in the non-ground condition of the brake shoe sole a substantially equal width over the have total usable height of the friction lining.
  • both longitudinal edges of the brake pad sole may be formed on the side of the friction surface chamfer-free or non-rounded. This can be achieved by a corresponding material removal or by a corresponding shaping of the brake pad sole during the pressing process.
  • a chamfer or rounding of the longitudinal edge of the brake pad sole may be provided, wherein in a rounding the radius of the rounding may be less than 10 mm, preferably less than 5 mm.
  • the friction surface in brake pad soles of a hard friction material on no recess in the region of the friction surface is continuous or not interrupted formed.
  • a transverse groove may be provided, in order to reduce the rigidity of the brake pad sole as a whole.
  • the above value specifications and the specified intervals in each case record all values, ie not just the lower limits or, for intervals, the interval limits, without this requiring an explicit mention.
  • the invention makes it possible, if necessary, to combine the features described above and / or the features disclosed and described with reference to the following drawing, even if this is not described in detail.
  • the brake pad soles illustrated in the figures and described below may have a hardness deviating from the hardness given below, provided that the hardness lies within the hardness range claimed according to the invention. The same applies to the modulus of elasticity.
  • Fig. 1 is a plan view of a known from the prior art
  • Composite brake pad sole with organic bond system with a hardness of less than 220 N / mm 2 and a modulus of elasticity of less than 2,500 N / mm 2 a plan view of the friction surface of a brake shoe sole of a brake pad according to the invention in a first embodiment of the invention, wherein the friction material of the brake pad sole corresponds to the friction material of the brake pad sole of the brake pad shown in Fig. 1, a plan view of the friction surface of a brake pad sole of a brake pad according to the invention in a second embodiment of Invention, wherein the friction material of the brake pad sole corresponds to the friction material of the brake pad sole of the brake pad shown in FIG.
  • FIG. 1 a plan view of the friction surface of a brake pad sole of a brake pad according to the invention in a third embodiment of the invention, wherein the friction material of the brake shoe sole the friction material of the brake pad sole of FIG. 1, a schematic side view of the brake shoe sole of the brake pad shown in Fig. 4, a plan view of the friction surface of a brake shoe sole of an erf in a fourth embodiment of the invention, wherein the friction material of the brake shoe sole corresponds to the friction material of the brake pad sole of the brake pad shown in Fig. 1, a schematic representation of the dependence of the wheel wear on the size of the recessed surface of the brake pad sole for in Figs.
  • FIGS. 1 to 4 a schematic representation of the dependence of the sole wear on the size of the recessed surface of the brake pad sole for the brake pads shown in FIGS. 1 to 4, 9 is a plan view of the friction surface of a brake shoe sole of a brake pad according to the invention, wherein the friction surface is contoured hexagonal or diamond-shaped,
  • FIG. 10 is a plan view of the friction surface of a brake shoe sole of a brake pad according to the invention, wherein the friction surface is contoured lalleogrammförmig, and
  • Fig. 1 1 - 14 plan views of the friction surfaces of the brake pad soles further brake pad according to the invention.
  • a known from the prior art brake pad 1 is shown with a brake pad sole 2 and a brake pad holder not shown in detail, wherein the brake pad 1 for generating a braking force by frictional contact of a friction surface 3 of the brake pad sole with a running surface of a wheel, not shown a rail vehicle is formed.
  • the brake shoe sole 2 is made of a soft friction material having a hardness of less than 220 N / mm 2 and a modulus of elasticity of less than 2,500 N / mm 2 .
  • the friction material may be an organically bound composite material. In particular, the friction material is resin-bonded.
  • the friction surface 3 is formed continuously or non-interrupted and has a rectangular contour.
  • FIGS. 2 to 4 and 6 and 9 to 14 alternative forms of execution of a brake pad 1 are each shown in a plan view of the friction surface 3 of the brake pad sole 2, wherein the brake shoe sole 2 of a same friction material having a hardness of less than 220 N / mm and a modulus of elasticity of less than 2,500 N / mm 2 .
  • the brake pad sole has a coherent or integrally formed wear volume which forms a friction surface 3 on the side of the wheel.
  • FIGS. 2 to 6 and FIGS. 9 to 14 each show brake pads 1 in the non-ground state of brake pad sole 2.
  • the brake pad 1 described above and below are not limited to a friction material having the above specified hardness and / or elastic modulus.
  • the brake pads 1 shown in FIGS. 2 to 14 on the side of the friction surface 3 each have a plurality of material recesses 5 in the brake pad sole 2, the friction surface 3 interrupted by the material recesses 5 becomes.
  • the material recesses 5 are formed as depressions and do not penetrate the brake pad sole 2. In principle, however, material recesses can also penetrate or break through the brake shoe sole 2 and create continuous openings in the brake shoe sole.
  • the brake shoe sole 2 can also have a plurality of mutually separate friction surfaces 3.
  • the total proportion of the respective recessed surfaces A on the total surface of the brake pad sole 2 in the (curved) plane of the friction surface 3 is more than 15%, preferably more than 20%.
  • the total area is in each case formed by the sum of the recessed areas A and the entire friction surface 3 of the brake pad sole 2.
  • the recessed surfaces A on the one hand and the friction surface 3 on the other hand are shown hatched differently hatched in Fig. 2.
  • the friction surface 3 is not shown hatched.
  • the total area of the brake pad sole 2 on the friction side corresponds in each case to a rectangular base area which is delimited by the envelope or contour line a to the brake block sole 2 at the level of the friction surface 3 and is represented schematically by dash-dotted lines.
  • the envelope or outline a has straight longitudinal and transverse sides, wherein the longitudinal and transverse sides are placed tangentially to the longitudinal and transverse sides of the brake pad sole 2.
  • three recesses 5 designed as elongated holes can be provided, wherein the recesses 5 are arranged diagonally offset in the longitudinal direction of the brake pad sole 2 or in the running direction Xj of the wheel.
  • the central longitudinal axis X 2 of the central recess 5 coincides with the central longitudinal axis of the brake pad sole 2.
  • the central longitudinal axes X 3 and X 4 of the transverse sides 6, 7 facing recesses 5 run parallel
  • the proportion of recessed on the side of the friction surface 3 surfaces A at the limited by the outline a rectangular total area or base surface of the brake pad sole 2 can in the illustrated in Fig. 2 Embodiment about 21%.
  • the wheel extending recesses 5 are also provided in the embodiment shown in Fig. 3.
  • the recesses 5 are here arranged one behind the other on a common recess line, wherein the central longitudinal axis X 2 of each recess coincides with the common recess line.
  • the common recess line coincides with the central longitudinal axis of the brake pad sole 2 coincide.
  • Two central recesses 5 are completely surrounded by the friction surface 3.
  • the two outer recesses 5 extend to the transverse sides 6, 7 of the brake pad sole 2 and are designed to be open to the outside.
  • the proportion of the total recessed area of the total surface of the brake pad sole 2 can be about 26% here.
  • the recesses 5 can also be arranged one behind the other in the running direction X] of the wheel on a plurality of preferably parallel mutually extending recess lines. Recesses 5 may be arranged diagonally or laterally offset from each other. In particular, it is possible that the recesses 5 are arranged regularly distributed alternately on the recess lines. This is shown in Fig. 4.
  • the brake pad sole 2 shown in FIG. 4 has four recesses 5.
  • the central longitudinal axes X 2 of the two outer recesses 5 which are open towards the transverse sides 6, 7 coincide with the central longitudinal axis of the brake pad sole 2.
  • the central longitudinal axes X 3 and X 4 of the two central recesses 5 extend on both sides of the central longitudinal axis of the brake shoe sole 2 and have the same distance to the central longitudinal axis of the brake pad sole 2.
  • the size of the recessed areas in the friction surface 3 may be selected such that the proportion of the total recessed area on the total area of the brake pad sole 2 on the side of the Reibflä- 3 is approx. 32%.
  • FIG. 5 schematically shows a side view of the brake shoe sole 2 of the brake pad 1 shown in FIG. 4.
  • the brake pad sole 2 additionally has a transverse groove 4 in order to reduce the rigidity of the brake pad sole 2.
  • a transverse groove 4 is not to be understood as a "recess" and therefore remains out of consideration when determining the total recessed area (s) A.
  • the brake pad 1 shown in FIG. 6 corresponds to the brake pad 1 shown in FIG. 4.
  • FIGS. 7 and 8 the wheel wear or sole wear resulting from the use of the brake pads 1 shown in FIGS. 1 to 4 is shown schematically.
  • the wheel wear when using the known from the prior art and shown in Fig. 1 brake pad 1 is marked with I, the wear when using the brake pads 1 shown in FIGS. 2 to 4 according to II to IV.
  • the wheel wear and the wear of the sole decrease with increasing proportion of the recessed area on the entire surface of the brake pad sole 2. With a recessed area of 26%, the wheel wear reaches a minimum, with further enlargement of the recessed area resulting in no further decrease in wheel wear.
  • the sole wear decreases continuously as the surface area of the recessed area increases.
  • Brake pads 1 are shown in FIGS. 9 and 10, the friction surface 3 each having a contour deviating from the rectangular shape.
  • the contour may be the result of a machining operation of the brake pad 1 shown in FIG. 1. In principle, however, a corresponding contour can already be obtained during the shaping of the brake pad sole 2 by pressing into a correspondingly formed shape.
  • the friction surface 3 has an approximately hexagonal or diamond-shaped geometry with the contour b. In the middle region of the brake shoe sole 2, this has on the longitudinal sides 8, 9 parallel to each other straight longitudinal edge portions 10, 1 1, in the direction of the transverse sides 6, 7 merge into obliquely converging further straight longitudinal edge portions 12, 13, so that the friction surface. 3 in the field of longitudinal axis of the brake pad 1 at the transverse sides 6, 7 pointed ends with rounded tip.
  • the friction surface 3 has an approximately parallelogram-shaped geometry with the outline c.
  • the brake pads 1 shown in FIGS. 9 and 10 otherwise have transverse grooves 4 in the region of the central transverse axis of the brake block sole 2. However, these do not necessarily have to be provided for.
  • the friction surfaces 3 of the brake pad soles 2 illustrated in FIGS. 9 and 10 adjoin outwards respectively at recesses 5 and material recesses about whose surfaces A the friction surface 3 is reduced with respect to a friction surface having a complementary rectangular cross section (corresponding to the outline a) ,
  • the total area of the brake pad soles 2 on the friction side is in turn additively formed respectively from the areas formed by the recesses 5 and the removed material areas of the friction material of the brake pad sole 2, and the entire friction surface 3 of the brake pad sole 2.
  • the enclosure a has a rectangular shape on with straight longitudinal and transverse sides and is shown in FIGS. 9 and 10 with the longitudinal and transverse sides tangent to the friction surface 3.
  • FIG. 11 and 12 are plan views of the friction surfaces 3 of the brake pad soles 2 further brake pads 1 shown, wherein the embodiment shown in Fig. 1 1 a plurality of regularly distributed over the friction surface 3 arranged and spaced to the edges of the friction surface 3 circular recesses 5 has.
  • the embodiment shown in FIG. 12 has two rectangular contiguous recesses 5, wherein the two recesses 5 are surrounded by the friction surface 3 like a frame.
  • FIGS. 13 and 14 plan views of the friction surfaces 3 of the brake pad soles 2 of further alternative embodiments of the brake pad 1 are shown.
  • a hardness of the friction surface 3 in the plan view above the central longitudinal axis X 2 can be free from recesses or recesses, whereby this portion of the friction surface 3 has a rectangular and uneven surface. broken is formed.
  • the friction surface 3 is limited in a plan view by an arc contour, wherein the transverse extent of the friction surface 3 in the longitudinal direction X 2 of the brake pad sole 2 from a maximum width in the region of the center transverse axis of the brake pad sole 2 to a small width at both outer transverse sides 6, 7 of the brake pad sole 2 decreases.
  • the embodiment of a brake pad 1 shown in FIG. 14 has a wavy contour on the transverse sides 6, 7, with recesses 5 or material recesses in the region of the central longitudinal axis X 2 of the brake shoe sole 2 and at the outer corner regions of the brake shoe sole 2 are provided.
  • the longitudinal extent of the friction surface 3 in Querplain X 5 of the brake pad sole 2 increases from a smaller length at the longitudinal edges of the brake pad sole 2 continuously up to a maximum length in the middle region of the upper half and in the central region of the lower half of the friction surface 3 and then decreases Achieving the maximum length on both sides of the central longitudinal axis X 2 continuously from until a minimum length of the friction surface 3 in the region of the central longitudinal axis X 2 is reached.

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Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Bremsklotz (1) mit einem Bremsklotzhalter zur Erzeugung einer Bremskraft durch reibschlüssigen Kontakt einer Reibfläche (3) einer Bremsklotzsohle (2) des Bremsklotzes mit einer Lauffläche eines Rades eines Schienenfahrzeuges, wobei die Bremsklotzsohle (2) ein weiches Reibmaterial mit einer Härte von vorzugsweise weniger als 400 N/mm2, weiter Vorzugsweise von weniger als 350 N/mm2, insbesondere von weniger als 220 N/mm2, und/oder mit einem Elastizitätsmodul von vorzugsweise weniger als 20.000 N/mm2, weiter vorzugsweise von weniger als 5.000 N/mm2, insbesondere von weniger als 2.500 N/mm2, aufweist, und wobei, besonders bevorzugt, als Reibmaterial ein Komposit- bzw. Verbundwerkstoff mit organischem Bindesystem, insbesondere ein kunstharzgebundenes Reibmaterial, vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Bremsklotzsohle (2) auf der Seite der Reibfläche (3) wenigstens eine Materialaussparung (5) aufweist, wobei die Reibfläche (3) durch die Materialaussparung (5) unterbrochen wird und wobei der Anteil der insgesamt ausgesparten Fläche (A) an der Gesamtfläche der Bremsklotzsohle (2) mehr als 15 % beträgt.

Description

Bremsklotz
Die Erfindung betrifft einen Bremsklotz mit einem Bremsklotzhalter zur Erzeugung einer Bremskraft durch reibschlüssigen Kontakt einer Reibfläche einer Bremsklotzsohle des Bremsklotzes mit einer Lauffläche eines Rades eines Schienenfahrzeuges, wobei die Bremsklotzsohle ein weiches Reibmaterial mit einer Härte von vorzugsweise weniger als 400 N/mm2, weiter vorzugsweise von weniger als 350 N/mm , insbesondere von weniger als 220 N/mm , und/oder mit einem Elastizitätsmodul von vorzugsweise weniger als 20.000 N/mm2, weiter vorzugsweise von weniger als 5.000 N/mm2, insbesondere von weniger als 2.500 N/mm2, aufweist, und wobei, besonders bevorzugt, als Reibmaterial ein Komposit- bzw. Verbundwerkstoff mit organischem Bindungssystem, insbesondere ein kunstharzgebundenes Reibmaterial, vorgesehen ist.
Aus dem Stand der Technik sind so genannte Klotzbremsen für Schienenfahrzeuge bekannt, die insbesondere für Güterwagen bis zu einer maximalen Geschwindigkeit von 120 km/h und als Zusatzbremse bis in den Hochgeschwindigkeitsbereich zum Einsatz kommen. Im Bereich des Güterverkehrs wird die gesamte Abbremsung über mechanisch wirkende Klotzbremsen erwirkt. Bei diesen Klotzbremsen wirken Bremsklotzsohlen aus Grauguss direkt auf die Lauffläche eines Radreifens eines Radsatzes. Durch das Bremsen mit Graugusssohlen entstehen raue und wellige Laufflächen. Durch die mechanische Einwirkung der Bremsklötze auf die Lauffläche kommt es zudem zu einer Riffelbildung auf der Lauffläche.
Insbesondere im Güterwagenbereich werden an der Stelle der bisher üblichen Bremsklotzsohlen aus Grauguss verstärkt Komposit-Bremsklotzsohlen bzw. Verbundwerkstoff-Bremsklotzsohlen mit organischem Bindungssystem eingesetzt, die eine gegenüber Bremsklotzsohlen aus Grauguss geringere Härte aufweisen und beispielsweise in Kunstharz gebundene organische und/oder anorganische Stoffe, wie Aramidfasern, Kupferfasern oder Stahlfasern, beinhalten können. Organische Reibmaterialien können dabei durch die Verwendung von Harz und Kautschuk als organisches Bindemittel gekennzeichnet sein. Darüber hinaus werden Bremsklotzsohlen aus Sintermaterialien einge-
BESTÄTIGUNGSKOPIE setzt, die eine gegenüber Komposit-Bremsklotzsohlen höhere Härte aufweisen und Metallfeinstpulver, insbesondere Eisen, Kupfer oder Buntmetall, beinhalten können. Komposit-Bremsklotzsohlen oder auch Bremsklotzsohlen aus Sintermaterialien bieten gegenüber herkömmlichen Grauguss-Bremsklötzen unter anderem den Vorteil, dass sie weniger zur Ausbildung von Riffeln auf der Radlauffläche neigen als Grauguss-Bremsklotzsohlen. Bei solchen nicht- graugussgebremsten Rädern wird die Radgeometrie einem größeren Verschleiß unterzogen, der die Radlauffläche glättet und die Räder rund hält. Dadurch wird das Rollgeräusch des Rades auf der Schiene deutlich reduziert, was einen positiven Beitrag zum Lärmschutz bedeutet. Durch die gewünschte Konditionierung der Radlaufflächen und den damit verbundenen höheren Radverschleiß kann es jedoch zu einer ungünstigen Beeinflussung der Radgeometrie kommen, was eine Verschlechterung des dynamischen Laufverhaltens des Schienenfahrzeuges zur Folge haben kann. Als Güte für die dynamischen Laufeigenschaften durch die Veränderung der Radgeometrie wird dabei die äquivalente Konizität herangezogen. Hierbei ist das Laufverhalten umso schlechter, je größer die äquivalente Konizität ist. Die Bedeutung der Geometrie des Radprofils für das Laufverhalten eines Schienenfahrzeuges ist in der EP 1 910 701 Bl beschrieben und dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
Beim Bremsvorgang wird die Bewegungsenergie des Schienenfahrzeuges ü- ber Reibung in Wärmeenergie umgewandelt. Aufgrund der Massen Verhältnisse von Bremsklotz und Rad und aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit von Kompositwerkstoffen oder Sinterwerkstoffen wird der größte Teil der Bremswärme über das Rad abgeleitet. Ein Nachteil beim Einsatz von Komposit-Bremsklotzsohlen oder auch von Bremsklotzsohlen aus Sintermaterialien besteht darin, dass es beim Abbremsen bereichsweise bzw. lokal zu hohen Temperaturen am Rad und damit zu einem hohen und ungleichmäßigen Verschleiß des Rades sowie der Bremsklotzsohle kommt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Bremsklotz zur Verfügung zu stellen, der sich durch einen geringen und gleichmäßigen Radverschleiß beim Bremsvorgang auszeichnet. Im Übrigen soll der Eigenverschleiß der Bremsklotzsohle beim Bremsvorgang verringert sein. Der erfindungsgemäße Bremsklotz soll zudem kostengünstig herstellbar und eine hohe Reibwertstabilität bei Nässe aufweisen. Abrollgeräusche und die Geruchsfreisetzung beim Abbremsen des Rades sollen bei Einsatz des erfindungsgemäßen Bremsklotzes gering sein. Überdies soll es bei Verwendung des erfindungsgemäßen Bremsklotzes zu einer geringen Beeinträchtigung des (dynamischen) LaufVer- haltens des Schienenfahrzeuges kommen.
Die vorgenannte Aufgabe ist bei einem Bremsklotz der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Bremsklotzsohle bzw. der Reibbelag des erfindungsgemäßen Bremsklotzes auf der Seite der Reibfläche wenigstens eine Materialaussparung aufweist, wobei die Reibfläche durch die Materialaussparung bereichsweise unterbrochen ist und wobei der Anteil der insgesamt ausgesparten Fläche an der Gesamtfläche der Bremsklotzsohle auf der Seite der Reibfläche mehr als 15 %, vorzugsweise mehr als 20%, insbesondere mehr als 25%, beträgt. Der Anteil der insgesamt ausgesparten Fläche an der Gesamtfläche der Bremsklotzsohle kann auch mehr als 30%, bis zu 40% oder auch mehr betragen. Der Anteil der ausgesparten Fläche an der Reibfläche entspricht demgemäß mehr als 17%, vorzugsweise mehr als 25%, insbesondere mehr als 33%. Die vorgenannten Flächenanteile beziehen sich auf ein zusammenhängendes Verschleißvolumen bzw. einen einteilig ausgebildeten Reibbelag.
Vorzugsweise bildet die Materialausnehmung eine Vertiefung in der Bremsklotzsohle, die sich ausgehend von der Reibfläche der Bremsklotzsohle lediglich über einen Teil der Tiefe bzw. Dicke der Bremsklotzsohle in Richtung zum Bremsklotzhalter erstreckt und die Bremsklotzsohle auf der Seite des Bremsklotzhalters nicht durchbricht. Die Bremsklotzsohle weist dann wenigstens einen Bereich geringerer Dicke auf, der eine ausgesparte Fläche bildet, und angrenzende Bereiche größerer Dicke, die die Reibfläche(n) bilden. Die Materialaussparung kann jedoch auch die Bremsklotzsohle auf beiden Flachseiten durchsetzend bzw. durchbrechend ausgebildet sein. Die Bremsklotzsohle weist dann wenigstens eine durchgehende Öffnung auf, durch die die ausgesparte Fläche der Größe nach festgelegt ist.
Unter dem Begriff "Gesamtfläche" der Bremsklotzsohle wird im Sinne der Erfindung die Flächensumme der ausgesparten Fläche(n) und der Reibfläche(n) der Bremsklotzsohle in Höhe der gekrümmten oder ebenen und der Lauffläche des Rades zugewandten Oberfläche der Bremsklotzsohle bzw. der Reibfläche der Bremsklotzsohle und vorzugsweise bezogen auf einen nicht-eingefahrenen Zustand (Tragbild 0 %) der Bremsklotzsohle verstanden.
Vorzugsweise ist jede Aussparung vollumfänglich von dem Sohlen- bzw. Reibmaterial umgeben. Hier ergibt sich die Gesamtfläche der Bremsklotzsohle aus der Flächensumme der ausgesparten Fläche(n) im Bereich der Ausneh- mung(en) und der Reibfläche(n) der Bremsklotzsohle, wie zuvor beschrieben. Es können jedoch auch Aussparungen in der Reibfläche vorgesehen sein, die sich bis zu einem Längs- oder Querrand der Bremsklotzsohle erstrecken. Hier kann die "Gesamtfläche" der Bremsklotzsohle im Sinne der Erfindung auch der Grundfläche entsprechen, die durch eine an die Bremsklotzsohle in Höhe der Reibfläche gelegte Umhüllende bzw. Umrisslinie mit vorzugsweise geraden Längs- und Querseiten begrenzt und festgelegt ist. Die Umhüllende kann vorzugsweise eine rechteckige Grundfläche mit geraden Längs- und Querseiten festlegen, wobei die Längs- und Querseiten der Grundfläche an die Längsund Querseiten der Bremsklotzsohle gelegt sind bzw. die Längs- und Querseiten der Grundfläche den Längs- und Querseiten der Bremsklotzsohle möglichst weit linear angenähert sind.
Die Materialaussparung kann die Folge einer gezielten Materialwegnahme durch spanende Bearbeitung der Bremsklotzsohle auf der Seite der Reibfläche sein. Grundsätzlich lässt sich eine Materialaussparung auch bei der Herstellung der Bremsklotzsohle, insbesondere beim Pressen des Reibmaterials in eine entsprechend ausgebildete Form, einbringen bzw. vorgeben.
Der Temperaturverlauf über die Kontaktfläche zwischen Bremsklotzsohle und Rad und die Höhe der lokal am Rad bei einem Bremsvorgang auftretenden Temperaturen wird signifikant von der Anzahl und Größe der tatsächlich an der Wärmeübertragung und Wärmeableitung beteiligten lokalen Flächenelemente bzw. lokalen Kontaktflächen der Bremsklotzsohle beeinflusst. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass nicht die gesamte nominale Reibfläche der Bremsklotzsohle tatsächlich an der Wärmeübertragung beteiligt ist, sondern dass die Anzahl und Größe der tatsächlich an der Wärmeübertragung beteiligten lokalen Flächenelemente der Bremsklotzsohle von der nominalen Reibfläche der Bremsklotzsohle abweicht. Um beim Abbremsen lokal auftretende Temperaturspitzen am Rad zu reduzieren, wird erfindungsgemäß bei Komposit-Bremsklotzsohlen bzw. Verbundwerkstoff-Bremsklotzsohlen mit organischem Bindesystem, also bei Bremsklotzsohlen aus einem vergleichsweise weichen Reibmaterial, vorgeschlagen, eine Aussparung in der Bremsklotzsohle auf der Seite der Reibfläche vorzusehen, durch die die Reibfläche unterbrochen wird. Bedingt durch die geringere Härte und leichtere Verformbarkeit weicher Reibmaterialien wird so bei gleich großer Bremskraft auf den Bremsklotz die Anzahl und/oder Größe der bei einem Abbremsvorgang an der Wärmeübertragung bzw. Wärmeableitung tatsächlich bzw. real beteiligten Flächenelemente der Bremsklotzsohle erhöht. Im Ergebnis führt die Reduzierung der nominalen Größe der Reibfläche dazu, dass der auf die verbleibende Reibfläche ausgeübte Druck bei gleich großer Bremskraft steigt, was aufgrund der Weichheit des Reibmaterials dazu führt, dass das Reibmaterial unter Druckbelastung beim Bremsen und Anpressen gegen das Rad auf der Seite der Reibfläche geringfügig verformt wird, so dass die an der Bremsung tatsächlich beteiligten Flächenanteile, bezogen auf die nominale Kontaktfläche, vergrößert werden, was zu verringerten lokalen Spitzentemperaturen und zu einem gleichmäßigen und verringerten Verschleiß an dem Rad und der Bremsklotzsohle führt.
Durch Einsatz des erfindungsgemäßen Bremsklotzes ist es möglich, den beim Abbremsen auftretenden Gegenverschleiß am Rad zu reduzieren und zu vergleichmäßigen. Gleichzeitig kommt es zu einer Verringerung des Eigenverschleißes der Bremsklotzsohle. Eine verringerte Verschleißrate lässt es zu, erforderliche Radreprofilierungsintervalle zu verlängern und/oder die Materialwegnahme bei einer Radprofilierung zu reduzieren. Kontroll- und Inspektionsintervalle können beim Einsatz der erfindungsgemäßen Bremsklotzsohle ebenso verlängert werden. Der erfindungsgemäße Bremsklotz zeichnet sich darüber hinaus durch eine hohe Reibwertstabilität bei Nässe und durch eine geringere negative Beeinflussung der Radgeometrie aus, was sich vorteilhaft auf das dynamische Laufverhalten des Schienenfahrzeuges auswirkt. Zudem ist ein geräusch- und geruchsarmer Bremsbetrieb möglich.
Unter einem„weichen" Reibmaterial im Sinne der Erfindung wird ein Material der Bremsklotzsohle bzw. ein Reibmaterial verstanden, dass eine Härte von vorzugsweise weniger als 400 N/mm2, weiter vorzugsweise von weniger als 350 N/mm2, insbesondere von weniger als 220 N/mm2, und oder einen Elastizitätsmodul von vorzugsweise weniger als 20.000 N/mm2, weiter vorzugswei- se von weniger als 5.000 N/mm , insbesondere von weniger als 2.500 N/mm , aufweist.
Die vorstehend und die nachfolgend genannten Härteangaben beziehen sich auf ein Härteprüfverfahren nach DIN EN ISO 2039-1 (Kugeleindruckhärte). Hierbei wird in Kugeleindruckversuchen bei einem Kugeldurchmesser von 5 mm, einer Vorlast von 9,8 N und bei Prüfkräften von 49 N, 132 N, 358 N und 961 N die Kugeleindruckhärte ermittelt. Die Prüfkraft ist aus den oben genannten Werten so auszuwählen, dass die Eindringtiefe H in den Prüfkörper zwischen 0, 15 mm und 0,35 mm liegt. Je härter das Material ist, aus dem der Prüfkörper besteht, umso höher muss die Prüfkraft ausgewählt werden. Aus der ermittelten Eindringtiefe wird eine reduzierte Prüfkraft und schließlich die Kugeleindruckhärte HB in [N/mm2] berechnet bzw. aus einer Tabelle abgelesen.
Wird der Anteil der ausgesparten Reibfläche zu groß gewählt, kann es zu einer Destabilisierung der Bremsklotzsohle mit der Gefahr von Materialaus- o- der -wegbrechungen beim Bremsvorgang kommen. Der Anteil der auf der Seite der Reibfläche insgesamt ausgesparten Fläche an der Gesamtfläche der Bremsklotzsohle kann daher vorzugsweise weniger als 50 %, weiter vorzugsweise weniger als 45 %, besonders bevorzugt weniger als 40 %, insbesondere weniger als 35 %, betragen, wiederum jeweils bezogen auf einen nicht- eingefahrenen bzw. nicht-eingeschliffenen Zustand der Bremsklotzsohle. Zur Bestimmung der Gesamtfläche wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Die im Rahmen der Erfindung durchgeführten Versuche lassen es auch vorteilhaft erscheinen, dass die wenigstens eine Aussparung eine langgestreckte Kontur aufweist und sich vorzugsweise in Längsrichtung der Bremsklotzsohle erstreckt. In diesem Zusammenhang kann die Aussparung als Langloch ausgebildet sein, wobei die schmalen Seiten des Langlochs durch Halbkreise geschlossen sein können, deren Durchmesser der Breite des Langlochs entsprechen. Die Längsseiten des Langlochs verlaufen parallel zueinander und vorzugsweise parallel zur Mittellängsachse der Bremsklotzsohle. Die Längsseiten können gerade sein oder auch einer Kurve, wie beispielsweise einem Kreisbo- gen, folgen. Es handelt sich also um eine Bohrung, welche an einer definierten Bahn entlanggezogen ist. Es versteht sich im Übrigen, dass eine einem Langloch nachgebildete Ausnehmung bzw. Vertiefung in der Reibfläche auch bei der Herstellung des Bremsklotzes durch Einpressen des Reibmaterials in eine entsprechende Form erhalten werden kann.
Grundsätzlich kann die Aussparung jedoch auch eine andere Geometrie aufweisen, beispielsweise oval- oder kreisförmig sein.
Die Länge einer Aussparung kann zwischen 20 bis 40% der Länge der Bremsklotzsohle betragen, die Breite einer Aussparung zwischen 40 bis 60% der Breite der Bremsklotzsohle, jeweils bezogen auf die Länge bzw. Breite der Bremsklotzsohle im Bereich der Mittellängs- bzw. Mittelquerachse der Aussparung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Bremsklotzsohle frei von Quernuten ausgebildet sein. Zusätzlich zu der beschriebenen Aussparung kann jedoch auch wenigstens eine sich in Querrichtung der Bremsklotzsohle oder diagonal in Längsrichtung der Bremsklotzsohle erstreckende Nut vorgesehen sein, vorzugsweise im Bereich der Mittelquerachse der Bremsklotzsohle. Durch wenigstens eine Quer- oder Diagonalnut lässt sich grundsätzlich die Steifigkeit der Bremsklotzsohle verringern, was sich vorteilhaft auf das Verschleißverhalten auswirken kann. Die Bremsklotzsohle kann auch mehrfach schräg oder quer zur Längsrichtung genutet sein.
Die Längskanten der Bremsklotzsohle können auf der Seite der Reibfläche fasenfrei oder nicht-verrundet ausgeführt sein, bezogen auf den nicht- eingefahrenen Zustand der Bremsklotzsohle. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende nachträgliche flächige Materialwegnahme auf Seite der Reibfläche, insbesondere im Bereich der Längskante(n) der Bremsklotzsohle, erreicht werden und führt zu einer Vergrößerung der nominalen Reibfläche der Bremsklotzsohle, wobei die Größe der Reibfläche im nicht-eingefahrenen Zustand bereits ca. 95%, insbesondere ca. 98% oder mehr, der maximalen Reibfläche im eingefahrenen Zustand der Bremsklotzsohle betragen kann. Dies hat vorteilhafte Auswirkungen auf das Verschleißverhalten. Bei einer anderen Aus führungs form der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Längskanten der Bremsklotzsohle auf der Seite der Reibfläche im nicht- eingefahrenen Zustand zwar angefast oder verrundet sind, die Größe der Reibfläche im nicht-eingefahrenen Zustand jedoch bereits ca. 95%, insbesondere ca. 98% oder mehr, der maximalen Reibfläche im eingefahrenen Zustand der Bremsklotzsohle beträgt. Weist die Bremsklotzsohle beispielsweise an der im Bremsbetrieb dem Spurkranz des Rades zugewandten Längskante eine Ver- rundung auf, so kann deren Durchmesser vorzugsweise weniger als 10 mm, insbesondere weniger als 5 mm, betragen. Auch dies dient dem Zweck, eine möglichst große nominale Reibfläche der Bremsklotzsohle bereits im nicht- eingefahrenen (Neu-)Zustand der Bremsklotzsohle bereitzustellen.
Um ein günstiges Verschleißverhalten und gleichermaßen eine hohe Stabilität der Bremsklotzsohle zu gewährleisten, kann der Anteil der Fläche einer Aussparung an der Gesamtfläche der Bremsklotzsohle zwischen 10 und 20 %, vorzugsweise zwischen 12 und 18 %, insbesondere zwischen 13 und 17 %, betragen, insbesondere bezogen auf den nicht-eingefahrenen Zustand der Bremsklotzsohle. Zur Bestimmung der Gesamtfläche wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Im Übrigen kann eine Mehrzahl von voneinander getrennten Aussparungen in der Reibfläche vorgesehen sein, wobei wenigstens eine Aussparung vollumfänglich von dem Sohlen- bzw. Reibmaterial umgeben ist und/oder wobei sich wenigstens eine Aussparung bis zu einer Außenseite, insbesondere der Querseite, der Bremsklotzsohle erstreckt und nach außen offen ausgebildet ist. Weiter vorzugsweise ist die Reibfläche im Bereich der Längskanten der Bremsklotzsohle jedoch frei von nach außen offenen Aussparungen ausgebildet. Der Abstand einer vollumfänglich von dem Sohlenmaterial umgebenen Aussparung vom Sohlenrand sollte vorzugsweise mehr als 5 mm, insbesondere mehr als 10 mm oder mehr betragen, so dass beim Bremsbetrieb ein Ausoder Wegbrechen von Teilen der Bremsklotzsohle im Bereich der Aussparung sicher ausgeschlossen ist. Vorzugsweise sind weniger als fünf Aussparungen, insbesondere zwischen zwei bis drei Aussparungen, in der Reibfläche vorgesehen.
Mehrere Aussparungen, vorzugsweise alle Aussparungen der Bremsklotzsohle, können in Längsrichtung der Bremsklotzsohle hintereinanderliegend auf einer gemeinsamen Aussparungslinie angeordnet sein. Erstrecken sich die Aussparungen in Längsrichtung der Bremsklotzsohle und sind beispielsweise als Langlöcher ausgebildet, so kann die Mittellängsachse einer jeden Aussparung mit der gemeinsamen Aussparungslinie zusammenfallen. Die gemeinsame Aussparungslinie kann mit der Mittellängsachse der Bremsklotzsohle zusammenfallen oder seitlich gegenüber der Mittellängsachse verschoben sein, insbesondere in Richtung zu der dem Spurkranz des Rades zugewandten Seite der Bremsklotzsohle.
Um zu einem weiter verbesserten Verschleißverhalten zu kommen, können die Aussparungen auch in Längsrichtung der Bremsklotzsohle hintereinander- liegend auf mehreren vorzugsweise parallel zueinander verlaufenden Aussparungslinien angeordnet sein. Aussparungen können vorzugsweise in Laufrichtung des Rades diagonal bzw. seitlich versetzt zueinander angeordnet sein. Insbesondere ist es möglich, dass die Aussparungen vorzugsweise regelmäßig abwechselnd auf den Aussparungslinien verteilt angeordnet sind. Erstrecken sich die Aussparungen in Längsrichtung der Bremsklotzsohle und sind beispielsweise als Langlöcher ausgebildet, so kann auch hier die Mittellängsachse einer jeden Aussparung mit einer Aussparungslinie zusammenfallen. Eine mittlere Aussparungslinie kann mit der Mittellängsachse der Bremsklotzsohle zusammenfallen. Insbesondere zwei weitere Aussparungslinien können dann seitlich versetzt und parallel zur Mittellängsachse verlaufen.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe kann bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die Reibfläche eine von der Rechteckform abweichende Geometrie aufweist. Hier kann die Bremsklotzsohle in einem mittleren Bereich parallel zueinander verlaufende vorzugsweise gerade Längskantenabschnitte aufweisen, die sich über ca. ein Drittel der Gesamtlänge der Bremsklotzsohle erstrecken können. Zu beiden Querseiten der Bremsklotzsohle hin können sich an die parallelen Längskantenabschnitte weitere vorzugsweise gerade Längskantenabschnitte anschließen, die schräg aufeinanderzulaufen, so dass die Reibfläche an den Querseiten der Bremsklotzsohle angespitzt ausläuft.
Die Quererstreckung der Reibfläche in Längsrichtung der Bremsklotzsohle bzw. in Laufrichtung des Rades kann von einer maximalen Breite im Bereich der Mittelquerachse der Bremsklotzsohle auf eine geringere Breite an den äußeren Querseiten der Bremsklotzsohle abnehmen. Die Reibfläche kann in diesem Zusammenhang eine sechseck-, rauten-, parallelogramm- oder trapezförmige Außenkonturlinie aufweisen. Bei einer parallelogrammförmigen Außen- konturlinie ändert sich die Längserstreckung der Reibfläche in Querrichtung der Bremsklotzsohle nicht. Bei einer sechseck- oder rautenförmigen Reibfläche nimmt die Längserstreckung der Reibfläche in Querrichtung von den beiden äußeren Längsseiten der Bremsklotzsohle hin zur Mittellängsachse der Bremsklotzsohle zu, so dass dann die Reibfläche spitz im Bereich der Mittellängsachse der Bremsklotzsohle ausläuft. Die zuvor beschriebenen Geometrien können ebenfalls dazu beitragen, den Eigen- und Fremdverschleiß beim Bremsvorgang zu verringern.
Bei dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Bremsklotz kann die Reibfläche stetig ausgebildet bzw. nicht durch Aussparungen oder dergleichen unterbrochen sein. Es kann jedoch auch wenigstens eine Quernut, vorzugsweise im Bereich der Mittelquerachse der Bremsklotzsohle, vorgesehen sein, um die Steifigkeit der Bremsklotzsohle zu verringern. Die Erfindung lässt es grundsätzlich auch zu, dass auf der Seite der Reibfläche wenigstens eine Materialaussparung vorgesehen ist, so wie dies bei den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein kann. Die ausgesparte Fläche kann ebenfalls von der Reibfläche vollumfänglich umgeben oder auch zu den Seitenkanten der Bremsklotzsohle hin offen ausgebildet sein. Die "Gesamtfläche" im Sinne der Erfindung ergibt sich bei von der Reibfläche vollumfänglich umgebenen Aussparungen auch hier aus der Flächensumme der ausgesparten Fläche(n) und der Reibfläche(n) der Bremsklotzsohle in Höhe der Reibfläche. Sind Aussparungen vorgesehen, die sich bis zu den Seitenkanten der Bremsklotzsohle hin erstrecken, so dass sich nach außen "offene" ausgesparte Bereiche in der Reibfläche ergeben, kann die "Gesamtfläche" der Bremsklotzsohle hier einer Grundfläche entsprechen, die durch eine an die Bremsklotzsohle gelegte Umhüllende bzw. Umrisslinie mit geraden Längsund Querseiten festgelegt ist. Vorzugsweise legt die Umrisslinie auch hier eine rechteckige Grundfläche fest, deren gerade Längs- und Querseiten tangential an die Bremsklotzsohle gelegt sind. Um eine von der Rechteckform abweichende Geometrie der Reibfläche zu erhalten, können auf der dem Rad zugewandten Reibseite der Bremsklotzsohle Randbereiche der Bremsklotzsohle durch spanende Bearbeitung weggenommen bzw. weggearbeitet sein. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die beanspruchte Geometrie durch Pressen des Reibmaterials in eine Form mit einer entsprechenden Geometrie erzeugt wird.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen betreffen Bremsklotzsohlen aus einem weichen Reibmaterial. Im Zusammenhang mit der Erfindung durchgeführte Versuche haben jedoch gezeigt, dass bei sehr verschleißfesten Reibma- terialien mit einer Härte von vorzugsweise mehr als 400 N/mm , weiter vor- zugsweise von mehr als 470 N/mm , insbesondere von mehr als 1.400 N/mm , und/oder mit einem Elastizitätsmodul von vorzugsweise mehr als 20.000 N/mm , weiter vorzugsweise von mehr als 50.000 N/mm , insbesondere bei Reibmaterialien, die aus Sinterwerkstoffen bestehen, Aussparungen im Reibmaterial nicht zu der gewünschten Verschleißverringerung beim Bremsbetriebs führen, sondern den Verschleiß insbesondere am Rad noch vergrößern können. Hier lässt sich aufgrund der hohen Klotzsteifigkeit - anders als bei Bremsklotzsohlen aus einem weichen Reibmaterial - durch eine Aussparung in der Bremsklotzsohle bzw. eine Unterbrechung der Reibfläche die Anzahl und Größe der bei gleicher Bremskraft an der Wärmeübertragung bzw. Wärmeableitung über das Rad beteiligten lokalen Kontaktflächen nicht erhöhen.
Der Erfindung liegt daher an dieser Stelle der Grundgedanke zugrunde, bei Bremsklotzsohlen aus einem harten Reibmaterial die nominale Reibfläche der Bremsklotzsohle zu vergrößern, was zu entsprechend geringeren Temperaturen am Rad beim Bremsvorgang und damit verbunden zu einem geringeren Radverschleiß führt. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, dass die Größe der Reibfläche der Bremsklotzsohle im nicht-eingeschliffenen (Neu-) Zustand der Bremsklotzsohle im wesentlichen bereits der Größe der maximalen Reibfläche im eingeschliffenen (Gebrauchs-)Zustand der Bremsklotzsohle entspricht, wobei die Größe der Reibfläche im nicht-eingeschliffenen Zustand bereits ca. 95%, vorzugsweise ca. 98%, oder mehr der maximalen Reibfläche im eingeschliffenen Zustand der Bremsklotzsohle betragen kann. Die Querschnittskontur der Bremsklotzsohle kann hierbei im nicht-eingeschliffenen Zustand der Bremsklotzsohle eine im Wesentlichen gleiche Breite über die gesamte nutzbare Höhe des Reibbelages aufweisen. Zu diesem Zweck können beide Längskanten der Bremsklotzsohle auf der Seite der Reibfläche fasenfrei oder nicht-verrundet ausgebildet sein. Dies kann durch eine entsprechende Materialwegnahme oder durch eine entsprechende Formgebung der Bremsklotzsohle beim Pressvorgang erreicht werden. Insbesondere am Längsrand der Bremsklotzsohle auf der dem Spurkranz des Rades zugewandten Seite kann auch eine Abschrägung oder Verrundung der Längskante der Bremsklotzsohle vorgesehen sein, wobei bei einer Verrundung der Radius der Verrundung kleiner als 10 mm, vorzugsweise kleiner als 5 mm, sein kann.
Vorzugsweise weist die Reibfläche bei Bremsklotzsohlen aus einem harten Reibmaterial keine Aussparung im Bereich der Reibfläche auf, sondern ist stetig bzw. nicht-unterbrochen ausgebildet. Allenfalls im Bereich der Mittelquerachse kann jedoch eine Quernut vorgesehen sein, um die Steifigkeit der Bremsklotzsohle insgesamt zu verringern.
Die vorstehenden Werteangaben und die angegebenen Intervalle erfassen jeweils sämtliche Werte, also nicht nur die Untergrenzen bzw. bei Intervallen die Intervallgrenzen, ohne dass dies einer ausdrücklichen Erwähnung bedarf. Im Übrigen lässt es die Erfindung bedarfsweise zu, die zuvor beschriebenen Merkmale und/oder die anhand der nachfolgenden Zeichnung offenbarten und beschriebenen Merkmale miteinander zu kombinieren, auch wenn dies nicht im Einzelnen beschrieben ist. Die in den Figuren dargestellten und nachfolgend beschriebenen Bremsklotzsohlen können eine von der nachfolgend angegebenen Härte abweichende Härte aufweisen, sofern die Härte innerhalb des erfindungsgemäß beanspruchten Härtebereichs liegt. Das gleiche gilt für den Elastizitätsmodul.
Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bremsklotzes beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine aus dem Stand der Technik bekannte
Komposit-Bremsklotzsohle mit organischem Bindungssystem mit einer Härte von weniger als 220 N/mm2 und einem Elastizitätsmodul von weniger als 2.500 N/mm2, eine Draufsicht auf die Reibfläche einer Bremsklotzsohle eines erfindungsgemäßen Bremsklotzes bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei das Reibmaterial der Bremsklotzsohle dem Reibmaterial der Bremsklotzsohle des in Fig. 1 dargestellten Bremsklotzes entspricht, eine Draufsicht auf die Reibfläche einer Bremsklotzsohle eines erfindungsgemäßen Bremsklotzes bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei das Reibmaterial der Bremsklotzsohle dem Reibmaterial der Bremsklotzsohle des in Fig. 1 dargestellten Bremsklotzes entspricht, eine Draufsicht auf die Reibfläche einer Bremsklotzsohle eines erfindungsgemäßen Bremsklotzes bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei das Reibmaterial der Bremsklotzsohle dem Reibmaterial der Bremsklotzsohle des in Fig. 1 dargestellten Bremsklotzes entspricht, eine schematische Seitenansicht der Bremsklotzsohle des in Fig. 4 dargestellten Bremsklotzes, eine Draufsicht auf die Reibfläche einer Bremsklotzsohle eines erfindungsgemäßen Bremsklotzes bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung, wobei das Reibmaterial der Bremsklotzsohle dem Reibmaterial der Bremsklotzsohle des in Fig. 1 dargestellten Bremsklotzes entspricht, eine schematische Darstellung der Abhängigkeit des Radverschleißes von der Größe der ausgesparten Fläche der Bremsklotzsohle für die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Bremsklötze, eine schematische Darstellung der Abhängigkeit des Sohlenverschleißes von der Größe der ausgesparten Fläche der Bremsklotzsohle für die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Bremsklötze, Fig. 9 eine Draufsicht auf die Reibfläche einer Bremsklotzsohle eines erfindungsgemäßen Bremsklotzes, wobei die Reibfläche sechs- eckförmig bzw. rautenförmig konturiert ist,
Fig. 10 eine Draufsicht auf die Reibfläche einer Bremsklotzsohle eines erfindungsgemäßen Bremsklotzes, wobei die Reibfläche paralle- logrammförmig konturiert ist, und
Fig. 1 1 - 14 Draufsichten auf die Reibflächen der Bremsklotzsohlen weiterer erfindungsgemäßer Bremsklotzsohlen.
In Fig. 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Bremsklotz 1 mit einer Bremsklotzsohle 2 und einem nicht im Einzelnen dargestellten Bremsklotzhalter gezeigt, wobei der Bremsklotz 1 zur Erzeugung einer Bremskraft durch reibschlüssigen Kontakt einer Reibfläche 3 der Bremsklotzsohle mit einer nicht dargestellten Lauffläche eines Rades eines Schienenfahrzeuges ausgebildet ist. Die Bremsklotzsohle 2 besteht aus einem weichen Reibmaterial mit einer Härte von weniger als 220 N/mm2 und einem Elastizitätsmodul von weniger als 2.500 N/mm2. Bei dem Reibmaterial kann es sich um ein organisch gebundenes Komposit- bzw. Verbundmaterial handeln. Insbesondere ist das Reibmaterial kunstharzgebunden. Die Reibfläche 3 ist stetig bzw. nicht- unterbrochen ausgebildet und weist eine rechteckfÖrmige Kontur auf.
In den Fig. 2 bis 4 und 6 sowie 9 bis 14 sind alternative Ausführungs formen eines Bremsklotzes 1 jeweils in einer Draufsicht auf die Reibfläche 3 der Bremsklotzsohle 2 gezeigt, wobei die Bremsklotzsohle 2 aus einem gleichen Reibmaterial mit einer Härte von weniger als 220 N/mm und einem Elastizitätsmodul von weniger als 2.500 N/mm2 besteht. Die Bremsklotzsohle weist dabei ein zusammenhängendes bzw. einstückig ausgebildetes Verschleißvolumen auf, das auf der Seite des Rades eine Reibfläche 3 bildet. In den Fig. 2 bis 6 sowie 9 bis 14 sind jeweils Bremsklötze 1 im nicht eingeschliffenen Zustand der Bremsklotzsohle 2 gezeigt.
Die vorstehend und die nachfolgend beschriebenen Merkmale des Bremsklotzes 1 sind nicht auf ein Reibmaterial mit der oben angegebenen Härte und/oder dem angegebenen Elastizitätsmodul beschränkt. Zur Verbesserung des Verschleißverhaltens, insbesondere zur Verringerung des Radverschleißes, weisen die in den Fig. 2 bis 14 dargestellten Bremsklötze 1 auf der Seite der Reibfläche 3 jeweils eine Mehrzahl von Materialaussparungen 5 in der Bremsklotzsohle 2 auf, wobei die Reibfläche 3 durch die Materialaussparungen 5 unterbrochen wird. Die Materialaussparungen 5 sind als Vertiefungen ausgebildet und durchdringen die Bremsklotzsohle 2 nicht. Grundsätzlich können Materialaussparungen die Bremsklotzsohle 2 jedoch auch durchsetzen bzw. durchbrechen und durchgehende Öffnungen in der Bremsklotzsohle schaffen. Die Bremsklotzsohle 2 kann auch mehrere voneinander getrennte Reibflächen 3 aufweisen.
Bei den in den Fig. 2 bis 6 und 9 bis 14 gezeigten Ausführungsformen beträgt der Gesamtanteil der jeweils ausgesparten Flächen A an der Gesamtfläche der Bremsklotzsohle 2 in der (gekrümmten) Ebene der Reibfläche 3 jeweils mehr als 15 %, vorzugsweise mehr als 20 %. Die Gesamtfläche wird hierbei jeweils durch die Summe der ausgesparten Flächen A und durch die gesamte Reibfläche 3 der Bremsklotzsohle 2 gebildet.
Die ausgesparten Flächen A einerseits und die Reibfläche 3 andererseits sind in Fig. 2 unterschiedlich schraffiert dargestellt. In den Fig. 3, 4, 6 und 9 bis 14 ist die Reibfläche 3 jeweils nicht schraffiert dargestellt. Die Gesamtfläche der Bremsklotzsohle 2 auf der Reibseite entspricht dabei jeweils einer rechteck- förmigen Grundfläche, die durch die Umhüllende bzw. Umrisslinie a an die Bremsklotzsohle 2 in Höhe der Reibfläche 3 begrenzt wird und durch strichpunktierte Linien schematisch dargestellt ist. Die Umhüllende bzw. Umrisslinie a weist gerade Längs- und Querseiten auf, wobei die Längs- und Querseiten tangential an die Längs- und Querseiten der Bremsklotzsohle 2 gelegt sind.
Gemäß Fig. 2 können drei als Langlöcher ausgebildete Aussparungen 5 vorgesehen sein, wobei die Aussparungen 5 in Längsrichtung der Bremsklotzsohle 2 bzw. in Laufrichtung Xj des Rades diagonal zueinander versetzt angeordnet sind. Die Mittellängsachse X2 der mittleren Aussparung 5 fällt mit der Mittellängsachse der Bremsklotzsohle 2 zusammen. Die Mittellängsachsen X3 und X4 der den Querseiten 6, 7 zugewandten Aussparungen 5 verlaufen paral- lel zur Mittellängsachse der Bremsklotzsohle 2 auf unterschiedlichen Seiten der Mittellängsachse der Bremsklotzsohle 2. Der Anteil der auf der Seite der Reibfläche 3 ausgesparten Flächen A an der durch die Umrisslinie a begrenzten rechteckförmigen Gesamtfläche bzw. Grundfläche der Bremsklotzsohle 2 kann bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ca. 21 % betragen.
Mehrere sich ebenfalls in Laufrichtung X! des Rades erstreckende Aussparungen 5 sind auch bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform vorgesehen. Die Aussparungen 5 sind hier jedoch hintereinanderliegend auf einer gemeinsamen Aussparungslinie angeordnet, wobei die Mittellängsachse X2 einer jeden Aussparung mit der gemeinsamen Aussparungslinie zusammenfällt. Die gemeinsame Aussparungslinie fällt mit der Mittellängsachse der Bremsklotzsohle 2 zusammenfallen. Zwei mittlere Aussparungen 5 sind vollumfänglich von der Reibfläche 3 umgeben. Die beiden außenliegenden Aussparungen 5 erstrecken sich bis zu den Querseiten 6, 7 der Bremsklotzsohle 2 und sind nach außen offen ausgebildet. Der Anteil der insgesamt ausgesparten Fläche an der Gesamtfläche der Bremsklotzsohle 2 kann hier ca. 26 % betragen.
Um zu einem weiter verbesserten Verschleißverhalten zu kommen, können die Aussparungen 5 auch in Laufrichtung X] des Rades hintereinanderliegend auf mehreren vorzugsweise parallel zueinander verlaufenden Aussparungslinien angeordnet sein. Aussparungen 5 können diagonal bzw. seitlich versetzt zueinander angeordnet sein. Insbesondere ist es möglich, dass die Aussparungen 5 regelmäßig abwechselnd auf den Aussparungslinien verteilt angeordnet sind. Dies ist in Fig. 4 dargestellt.
Die in Fig. 4 dargestellte Bremsklotzsohle 2 weist vier Aussparungen 5 auf. Die Mittellängsachsen X2 der beiden außenliegenden zu den Querseiten 6, 7 hin offen ausgebildeten Aussparungen 5 fallen mit der Mittellängsachse der Bremsklotzsohle 2 zusammen. Die Mittellängsachsen X3 und X4 der beiden mittleren Aussparungen 5 verlaufen beidseits der Mittellängsachse der Bremsklotzsohle 2 und weisen denselben Abstand zur Mittellängsachse der Bremsklotzsohle 2 auf. Die Größe der ausgesparten Bereiche in der Reibfläche 3 kann derart gewählt sein, dass der Anteil der insgesamt ausgesparten Fläche an der Gesamtfläche der Bremsklotzsohle 2 auf der Seite der Reibflä- che 3 ca. 32 % beträgt. Fig. 5 zeigt schematisch eine Seitenansicht der Bremsklotzsohle 2 des in Fig. 4 dargestellten Bremsklotzes 1.
Die Bremsklotzsohle 2 weist bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform zusätzlich eine Quernut 4 auf, um die Steifigkeit der Bremsklotzsohle 2 zu verringern. Eine Quernut 4 ist im Sinne der Erfindung nicht als "Aussparung" zu verstehen und bleibt daher bei der Ermittlung der insgesamt ausgesparten Flä- che(n) A außer Betracht. Der in Fig. 6 gezeigte Bremsklotz 1 entspricht im Übrigen dem in Fig. 4 gezeigten Bremsklotz 1.
In den Fig. 7 und 8 ist der bei Einsatz der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Bremsklötze 1 resultierende Radverschleiß bzw. Sohlenverschleiß schematisch dargestellt. Der Radverschleiß bei Einsatz des aus dem Stand der Technik bekannten und in Fig. 1 dargestellten Bremsklotzes 1 ist mit I, der Verschleiß bei Einsatz der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Bremsklötze 1 entsprechend mit II bis IV gekennzeichnet. Wie sich aus den Fig. 7 und 8 ergibt, nehmen der Radverschleiß und der Sohlenverschleiß mit zunehmendem Anteil der ausgesparten Fläche an der Gesamtfläche der Bremsklotzsohle 2 ab. Bei einer ausgesparten Fläche von 26 % erreicht der Radverschleiß ein Minimum, wobei eine weitere Vergrößerung der ausgesparten Fläche zu keiner weiteren Abnahme des Radverschleißes führt. Der Sohlenverschleiß dagegen nimmt kontinuierlich mit steigendem Flächenanteil der ausgesparten Fläche ab.
In den Fig. 9 und 10 sind Bremsklötze 1 gezeigt, wobei die Reibfläche 3 jeweils eine von der Rechteckform abweichende Kontur aufweist. Die Kontur kann das Ergebnis einer spanenden Bearbeitung des in Fig. 1 gezeigten Bremsklotzes 1 sein. Grundsätzlich kann eine entsprechende Kontur jedoch auch bereits bei der Formgebung der Bremsklotzsohle 2 durch Einpressen in eine entsprechend ausgebildete Form erhältlich sein.
Gemäß Fig. 9 weist die Reibfläche 3 eine näherungsweise sechseckförmige bzw. rautenförmige Geometrie mit der Umrisslinie b auf. Im mittleren Bereich der Bremsklotzsohle 2 weist diese an den Längsseiten 8, 9 parallel zueinander verlaufende gerade Längskantenabschnitte 10, 1 1 auf, die in Richtung auf die Querseiten 6, 7 in schräg aufeinanderzulaufende weitere gerade Längskantenabschnitte 12, 13 übergehen, so dass die Reibfläche 3 im Bereich der Mittel- längsachse des Bremsklotzes 1 an den Querseiten 6, 7 angespitzt mit abgerundeter Spitze ausläuft. Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform weist die Reibfläche 3 eine näherungs weise parallelogrammförmige Geometrie mit der Umrisslinie c auf. Durch die gewählten Geometrien bzw. Konturen der Reibfläche 3 lässt sich beim Bremsbetrieb wiederum ein geringer und gleichmäßiger Verschleiß insbesondere am Rad des Schienenfahrzeuges erzielen.
Zur Verringerung der Steifigkeit weisen die in den Fig. 9 und 10 dargestellten Bremsklötze 1 im übrigen Quernuten 4 im Bereich der Mittelquerachse der Bremsklotzsohle 2 auf. Diese müssen nicht jedoch zwingend vorgesehen sein.
Die Reibflächen 3 der in den Fig. 9 und 10 dargestellten Bremsklotzsohlen 2 grenzen nach außen jeweils an Aussparungen 5 bzw. Material- Wegnehmungen an, um deren Flächen A die Reibfläche 3 gegenüber einer Reibfläche mit komplementärem rechteckförmigen Querschnitt (entsprechend der Umrisslinie a) verringert ist. Die Gesamtfläche der Bremsklotzsohlen 2 auf der Reibseite ergibt sich wiederum additiv jeweils aus den Flächen, die von den Aussparungen 5 bzw. den weggenommenen Materialbereichen des Reibmaterials der Bremsklotzsohle 2 gebildet sind, und der gesamten Reibfläche 3 der Bremsklotzsohle 2. Die Umhüllende a weist dabei eine rechteckige Form auf mit geraden Längs- und Querseiten und ist gemäß den Fig. 9 und 10 mit den Längs- und Querseiten tangential an die Reibfläche 3 gelegt.
In den Fig. 11 und 12 sind Draufsichten auf die Reibflächen 3 der Bremsklotzsohlen 2 weiterer Bremsklötze 1 gezeigt, wobei die in Fig. 1 1 dargestellte Ausführungsform eine Mehrzahl von regelmäßig über die Reibfläche 3 verteilt angeordnete und zu den Rändern der Reibfläche 3 beabstandete kreisrunde Aussparungen 5 aufweist. Die in Fig. 12 dargestellte Ausfuhrungsform weist zwei rechteckförmige zusammenhängende Aussparungen 5 auf, wobei die beiden Aussparungen 5 rahmenartig von der Reibfläche 3 umgeben sind.
In den Fig. 13 und 14 sind Draufsichten auf die Reibflächen 3 der Bremsklotzsohlen 2 weiterer alternativer Ausfuhrungsformen des Bremsklotzes 1 gezeigt. Gemäß Fig. 13 kann eine Härte der Reibfläche 3 in der Draufsicht oberhalb der Mittellängsachse X2 frei von Ausnehmungen bzw. Aussparungen sein, wobei dieser Teilbereich der Reibfläche 3 rechteckfbrmig und ununter- brochen ausgebildet ist. Im Bereich unterhalb der Mittellängsachse X2 wird die Reibfläche 3 in einer Draufsicht dagegen durch eine Bogenkontur begrenzt, wobei die Quererstreckung der Reibfläche 3 in Längsrichtung X2 der Bremsklotzsohle 2 von einer maximalen Breite im Bereich der Mittelquerachse der Bremsklotzsohle 2 auf eine geringe Breite an beiden äußeren Querseiten 6, 7 der Bremsklotzsohle 2 abnimmt. Die in Fig. 14 dargestellte Ausführungsform eines Bremsklotzes 1 weist dagegen an den Querseiten 6, 7 in der Draufsicht eine wellenförmige Kontur auf, wobei Aussparungen 5 bzw. Mate- rialwegnehmungen im Bereich der Mittellängsachse X2 der Bremsklotzsohle 2 und an den äußeren Eckbereichen der Bremsklotzsohle 2 vorgesehen sind. Die Längserstreckung der Reibfläche 3 in Querrichten X5 der Bremsklotzsohle 2 nimmt von einer geringeren Länge an den Längsrändern der Bremsklotzsohle 2 kontinuierlich bis auf eine maximale Länge im mittleren Bereich der oberen Hälfte und im mittleren Bereich der unteren Hälfte der Reibfläche 3 zu und nimmt dann nach Erreichen der maximalen Länge beidseits der Mittellängsachse X2 kontinuierlich ab, bis eine minimale Länge der Reibfläche 3 im Bereich der Mittellängsachse X2 erreicht wird.
Gleiche Bezugszeichen gelten für gleiche Bauteile und/oder Flächen und/oder Linien. Die Anteile der insgesamt ausgesparten Flächen A an der Gesamtfläche der Bremsklotzsohle 2 entsprechen den oben bereits beschriebenen Anteilen.

Claims

Patentansprüche:
1. Bremsklotz (1) mit einem Bremsklotzhalter zur Erzeugung einer Bremskraft durch reibschlüssigen Kontakt einer Reibfläche (3) einer Bremsklotzsohle (2) des Bremsklotzes mit einer Lauffläche eines Rades eines Schienenfahrzeuges, wobei die Bremsklotzsohle (2) ein weiches Reibmaterial mit einer Härte von vorzugsweise weniger als 400 N/mm2, weiter vorzugsweise von weniger als 350 N/mm , insbesondere von weniger als 220 N/mm , und/oder mit einem Elastizitätsmodul von vorzugsweise weniger als 20.000 N/mm2, weiter vorzugsweise von weniger als 5.000 N/mm2, insbesondere von weniger als 2.500 N/mm , aufweist, und wobei, besonders bevorzugt, als Reibmaterial ein Komposit- bzw. Verbundwerkstoff mit organischem Bindesystem, insbesondere ein kunstharzgebundenes Reibmaterial, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsklotzsohle (2) auf der Seite der Reibfläche (3) wenigstens eine Materialaussparung (5) aufweist, wobei die Reibfläche (3) durch die Materialaussparung (5) unterbrochen wird und wobei der Anteil der insgesamt ausgesparten Fläche (A) an der Gesamtfläche der Bremsklotzsohle (2) mehr als 15 % beträgt.
2. Bremsklotz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der insgesamt ausgesparten Fläche an der Gesamtfläche der Bremsklotzsohle (2) auf der Seite der Reibfläche (3) weniger als 45 %, vorzugsweise weniger als 40 %, weiter vorzugsweise weniger als 35 %, beträgt, bezogen auf den nicht- eingefahrenen Zustand der Bremsklotzsohle (2).
3. Bremsklotz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (5) eine langgestreckte Kontur aufweist und sich in Längsrichtung (X]) der Bremsklotzsohle (2) erstreckt.
4. Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Aussparung (5) wenigstens eine sich in Querrichtung der Bremsklotzsohle (2) oder diagonal in Längsrichtung (X]) der Bremsklotzsohle (2) erstreckende Nut (4) vorgesehen ist, vorzugsweise im Bereich der Mittelquerachse der Bremsklotzsohle (2).
5. Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Fläche einer Aussparung (5) an der Gesamtfläche der Bremsklotzsohle (2) auf der Seite der Reibfläche (3) zwischen 5 und 20 %, vorzugsweise zwischen 10 und 15 %, beträgt, bezogen auf den nicht- eingefahrenen Zustand der Bremsklotzsohle (2).
6. Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von voneinander getrennten Aussparungen (5) in der Reibfläche (3) vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Aussparung (5) seitlich vollumfänglich von dem Reibmaterial umgeben ist und/oder wobei sich wenigstens eine Aussparung (5) bis zu einer Querseite (6, 7) der Bremsklotzsohle (2) erstreckt und seitlich nach außen offen ausgebildet ist.
7. Bremsklotz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von voneinander getrennten Aussparungen (5) in der Reibfläche (3) vorgesehen ist, wobei mehrere Aussparungen (5), vorzugsweise alle Aussparungen (5), auf einer gemeinsamen Längsachse (X2) hintereinanderliegend angeordnet sind, wobei, vorzugsweise, die gemeinsame Längsachse (X2) mit der Mittellängsachse der Bremsklotzsohle (2) zusammenfällt.
8. Bremsklotz (1) mit einem Bremsklotzhalter zur Erzeugung einer Bremskraft durch reibschlüssigen Kontakt einer Reibfläche (3) einer Bremsklotzsohle (2) des Bremsklotzes mit einer Lauffläche eines Rades eines Schienenfahrzeuges, wobei die Bremsklotzsohle (2) ein weiches Reibmaterial mit einer Härte von vorzugsweise weniger als 400 N/mm2, weiter vorzugsweise von weniger als 350 N/mm , insbesondere von weniger als 220 N/mm , und/oder mit einem Elastizitätsmodul von vorzugsweise weniger als 20.000 N/mm2, weiter vorzugsweise von weniger als 5.000 N/mm2, insbesondere von weniger als 2.500 N/mm2, aufweist, und wobei, besonders bevorzugt, als Reibmaterial ein Komposit- bzw. Verbundwerkstoff mit organischem Bindesystem, insbesondere ein kunstharzgebundenes Reibmaterial, vorgesehen ist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (3) eine von der Rechteckform abweichende Geometrie aufweist.
9. Bremsklotz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Quererstreckung der Reibfläche (3) in Längsrichtung (X^ der Bremsklotzsohle (2) von einer maximalen Breite im Bereich der Mittelquerachse der Bremsklotzsohle (2) auf eine geringere Breite an den äußeren Querseiten (6, 7) der Bremsklotzsohle (2) abnimmt.
10. Bremsklotz (1) mit einem Bremsklotzhalter zur Erzeugung einer Bremskraft durch reibschlüssigen Kontakt einer Reibfläche (3) einer Bremsklotzsohle (2) des Bremsklotzes mit einer Lauffläche eines Rades eines Schienenfahrzeuges, wobei die Bremsklotzsohle (2) ein hartes Reibmaterial mit einer Härte von vorzugsweise mehr als 400 N/mm , weiter vorzugsweise von mehr als 470 N/mm , insbesondere von mehr als 1.400 N/mm , und/oder mit einem E- lastizitätsmodul von vorzugsweise mehr als 20.000 N/mm2, weiter Vorzugs- weise von mehr als 50.000 N/mm , aufweist, und wobei, besonders bevorzugt, als Reibmaterial ein Sinterwerkstoff vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Reibfläche (3) der Bremsklotzsohle (2) im nicht- eingeschliffenen Zustand der Bremsklotzsohle (2) im wesentlichen der maximalen Reibfläche (3) im eingeschliffenen Zustand der Bremsklotzsohle (2) entspricht.
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