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Title:
AXLE-MOUNTED BRAKE DISK FOR A RAIL VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/041562
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an axle-mounted brake disk for a rail vehicle, comprising two friction rings (2) which are arranged in parallel and at a distance from each other and are interconnected by a plurality of ribs (3, 4) extending in the direction of the rotational axis of the friction rings (2), where at least some of the ribs (3, 4) are embodied with different cross-sections (Qi, Q2, Q3, Q4, Q5) from each other, where the cross-sections of a first subset (G1) of the ribs (3, 4), embodied as supporting elements transmitting pressure forces, do not fall below a minimum cross-section (Qmin), defined by the stability required in relation to the mechanical load during a brake process, and the cross-section of a second subset (G2) of the ribs (3, 4), used to radiate thermal energy, falls below the minimum cross-section (Qmin).

Inventors:
HÄMMERL, Bernhard (Schanzstr. 2, Maisach, 82216, DE)
ELSTORPFF, Marc-Gregory (Böcklinstrasse 25a, München, 80368, DE)
SCHMID, Martin (Heinrich-Groh-Str. 4, München, 80939, DE)
ARKENBERG, Nils (Lindenstr. 10a, München, 81545, DE)
VOLK, Thomas (Cherubinistr. 1, München, 80803, DE)
Application Number:
EP2017/070151
Publication Date:
March 08, 2018
Filing Date:
August 09, 2017
Export Citation:
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Assignee:
KNORR-BREMSE SYSTEME FÜR SCHIENENFAHRZEUGE GMBH (Moosacher Str. 80, München, 80809, DE)
International Classes:
F16D65/12; F16D65/847
Foreign References:
DE19841096C12000-01-13
CN201535333U2010-07-28
DE3102429A11982-10-21
DE3320543A11984-12-13
Other References:
None
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Claims:
Ansprüche

1 . Wellenbremsscheibe für ein Schienenfahrzeug, aufweisend zwei parallel und abständig zueinander angeordneten Reibringe (2), die durch eine Vielzahl von sich in Richtung der Drehachse der Reibringe (2) erstreckenden Rippen (3, 4) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilzahl der Rippen (3, 4) mit voneinander verschiedenen Querschnitten (Qi , Q2, Q3, Q4, Q5) ausgebildet ist, wobei der wenigstens eine Querschnitt einer ersten Teilmenge (d) der Rippen (3, 4), die als Andruckkräfte übertragende Stützelemente ausgebildet sind, einen Mindestquerschnitt (Qmin) nicht unterschreitet und der wenigstens eine Querschnitt einer zweiten, der Abstrahlung thermischer Energie dienenden Teilmenge (G2) der Rippen (3, 4) den Mindestquerschnitt (Qmin) unterschreitet.

2. Wellenbremsscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Rippen (3) der ersten Teilmenge (d) radial zur Drehachse der Reibringe (2) hintereinander angeordnet sind.

3. Wellenbremsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Rippen (4) der zweiten Teilmenge (G2) radial zur Drehachse der Reibringe (2) hintereinander angeordnet sind.

4. Wellenbremsscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der radial hintereinander angeordneten Rippen (4) der zweiten Teilmenge (G2) größer ist als die Anzahl der radial hintereinander angeordneten Rippen (3) der ersten Teilmenge (d).

5. Wellenbremsscheibe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radial angeordneten Reihen von als Stützelemente ausgebildeten Rippen (3) und der der Abstrahlung thermischer Energie dienenden Rippen (4) in Umfangsrichtung alternierend nebeneinander angeordnet sind.

6. Wellenbremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Rippen (3, 4) zumindest einer der Teilmengen (G1 , G2) der Rippen (3, 4) zu einem Außenrand der Reibringe (2) hin zunehmend ausgebildet ist.

7. Wellenbrennsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (Li) der einem Innenrand (5) der Reibringe (2) nahen Rippen (3, 4) größer ist als die Länge (L2) der einem Außenrand (6) der Reibringe (2) nahen Rippen (3, 4), wobei die Dicke (d2) der Reibringe (2) nahe deren Innenrand (5) entsprechend reduziert ist.

8. Wellenbremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Querschnitts der als Stützelemente ausgebildeten Rippen (3) zum Querschnitt der der Abstrah- lung thermischer Energie dienenden Rippen (4) 3:2 beträgt.

9. Wellenbremsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (3, 4) im Querschnitt rund, oval oder polygonal ausgebildet sind.

Description:
Wellenbremsscheibe für ein Schienenfahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenbrennsscheibe für ein Schienenfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Gattungsgemäße Wellenbremsscheiben für Schienenfahrzeuge bestehen üblicherweise aus einem Gussmaterial, beispielsweise Grauguss. Dabei sind zwei parallel und abständig zueinander angeordnete Reibringe durch sich in Richtung der Drehachse der Wellenbremsscheibe erstreckende Rippen miteinander verbunden. Die Rippen sind dabei üblicherweise identisch ausgebildet. Insbesondere ist der Durchmesser der Vielzahl von die Reibringe miteinander verbindenden Rippen gleich.

Die Anordnung der Rippen zueinander ist dabei üblicherweise hinsichlich einer einfachen und möglichst fehlerfreien Gießbarkeit optimiert, um auf diese Weise die Produktionskosten gering zu halten.

Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Wellenbremsscheiben liegt in ihrer großen Masse. So beträgt die Masse einer solchen aus Grauguss gefertigten Wellenbremsscheibe mit einem Außendurchmesser von 590 mm, einer Breite von 170 mm, bei der die Reibringe 25,5 mm dick sind, mehr als 140 kg.

Insofern besteht der Bedarf nach modifizierten Wellenbremsscheiben mit bei gleichem Leistungsvermögen reduzierter Masse.

Wichtig für die Beibehaltung des gleichen Leistungsvermögens solcher Wellenbremsscheiben ist die Kühlleistung. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gegenüber einer herkömmlichen Wellenbremsscheibe leichtere Wellenbremsscheibe mit gleichem Leis- tungsvermögen wie die Wellenbremsscheiben der gattungsgemäßen Art bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Wellenbremsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Wie sich unerwarteter Weise gezeigt hat, wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wellenbremsscheibe durch die Anpassung der Rippen, insbesondere bezüglich ihres Durchmessers, die Fertigung einer solchen masse- reduzierten Wellenbremsscheibe bei gleichem Leistungsvermögen ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Wellenbremsscheibe, die zwei parallel und abständig zueinander angeordnete Reibringe aufweist, die durch eine Vielzahl von sich in Richtung der Drehachse der Reibringe erstreckenden Rippen miteinander ver- bunden sind, zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine Teilzahl der Rippen mit voneinander verschiedenen Querschnitten ausgebildet ist, wobei der wenigstens eine Querschnitt einer ersten Teilmenge der Rippen, die als An- druckkräfte übertragende Stützelemente ausgebildet sind, einen Mindestquerschnitt nicht unterschreitet und der wenigstens eine Querschnitt einer zweiten, der Abstrahlung thermischer Energie dienenden Teilmenge der Rippen den Mindestquerschnitt unterschreitet.

Bei einer derart ausgebildeten Wellenbremsscheibe ist es aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der Rippen, die nun hinsichtlich ihrer Aufgabe in thermische und mechanische Rippen unterteilt sind, ermöglicht, die Packungsdichte der Rippen zu erhöhen und dadurch die Kühloberfläche zu steigern.

Die Steigerung der Kühlkanalfläche ist dabei der wesentliche Faktor zur Steigerung der Kühlleistung, so dass es durch diese Steigerung der Kühlkanalfläche ermöglicht ist, eine Wellenbremsscheibe mit einer Breite von beispielsweise 1 10 mm anstelle einer herkömmlichen Wellenbremsscheibe mit einer Breite von 140 mm einzusetzen, was mit einer Massereduzierung um 30 % einhergeht. Die Massereduzierung der Wellenbremsscheibe hat den Vorteil, dass dadurch die Zuladung des Schienenfahrzeugs dementsprechend erhöht werden kann und zusätzlich der Anteil der ungefederten Massen reduziert wird. Durch die Ausbildung einer Teilzahl der Rippen mit einem Querschnitt, der einen vorbestimmten Mindestquerschnitt nicht unterschreitet, ist es ermöglicht, diese Rippen zur Abtragung der mechanischen Belastung einzusetzen und die übrigen Rippen im Wesentlichen zur Abstrahlung thermischer Energie zu nut- zen, so dass der Durchmesser dieser im Wesentlichen zur Abstrahlung thermischer Energie dienenden Rippen geringer sein kann als der Mindestquerschnitt, der zur Übertragung mechanischer Andruckkräfte notwendig wäre.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteran- Sprüche.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante sind mehrere der Rippen der ersten Teilmenge radial zur Drehachse der Reibringe hintereinander angeordnet.

Vorzugsweise sind auch mehrere der Rippen der zweiten Teilmenge radial zur Drehachse der Reibringe hintereinander angeordnet. Dies ermöglicht, dass der Sand bei der Formherstellung für die Wellenbremsscheibe die Form gut ausfüllen kann und eine qualitativ hochwertige Struktur- und Oberflächenausbildung sicherzustellen.

Die Anordnung der Rippen in solchen radialen Strahlen ermöglicht außerdem eine höhere Packungsdichte der Rippen bei vergleichbarer Formqualität als eine versetzte Rippenanordnung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist die Anzahl der radial hintereinander angeordneten Rippen der zweiten Teilmenge größer als die Anzahl der radial hintereinander angeordneten Rippen der ersten Teilmenge.

So ermöglicht die Ausbildung der querschnittsreduzierten Rippen der zweiten Teilmenge die Anformung einer größeren Zahl von Rippen bei radialer Anordnung, wodurch die Kühlkanalfläche weiter vergrößert wird. Um die Anordnungsfläche für die Rippen auf den zueinander zugewandten Innenseiten der Reibringe optimal zu nutzen, sind die radial angeordneten Reihen von als Stützelemente ausgebildeten Rippen und der der Abstrahlung thermischer Energie dienenden Rippen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante in Umfangshchtung alternierend nebeneinander angeordnet.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist der Querschnitt der Rippen zumindest einer Teilmenge der Rippen zu einem Außenrand der Reibringe hin zunehmend ausgebildet.

Eine weitere Möglichkeit zur Vergrößerung der Kühlkanalfläche wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung dadurch verwirklicht, dass die Länge der einem Innenrand der Reibringe nahen Rippen größer ist als die Länge der einem Außenrand der Reibringe nahen Rippen. Die Dicke der Reibringe ist dementsprechend im Bereich deren Innenrandes entsprechend reduziert ausgebildet.

Dadurch wird neben der Vergrößerung der Kühlkanalfläche auch die Lufteinströmung im Bereich des Innendurchmessers der Reibringe verbessert.

In einer besonderen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Wellenbremsscheibe beträgt das Verhältnis des Querschnitts der als Stützelemente ausgebildeten Rippen zum Querschnitt der der Abstrahlung thermischer Energie dienender Rippen 3:2.

Der Querschnitt der Rippen ist dabei bevorzugt rund. Denkbar ist es auch, den Querschnitt der Rippen oval oder auch polygonal auszubilden.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Teilausschnitts einer Reibringinnenfläche mit sich von dieser erstreckenden Rippen,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Teilstücks der Wellenbremsscheibe in einer Schnittebene parallel und radial zur Drehachse der Wellenbremsscheibe. In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position der Wellenbremsscheibe, Reibring, Rippe, Stützelement und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht ein- schränkend zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.

In den Fig. 1 und 2 sind jeweilige Teilausschnitte einer Wellenbremsscheibe 1 für ein Schienenfahrzeug dargestellt. Die Wellenbremsscheibe 1 weist zwei parallel und abständig zueinander angeordnete Reibringe 2 auf. Die Reibringe 2 sind durch eine Vielzahl von sich in Richtung einer Drehachse und damit senkrecht zur Reibfläche der Reibringe 2 erstreckenden Rippen 3, 4 miteinander verbunden, insbesondere angegossen.

Die Wellenbremsscheibe 1 ist dabei über eines oder mehrere Verbindungselemente, beispielsweise in Gestalt von Haltelaschen oder eines Bremsscheibentopfes, mit einer ebenfalls nicht dargestellten fahrzeugseitigen Nabe oder Welle verbunden.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine Teilzahl der Rippen 3, 4 mit voneinander verschiedenen Querschnitten Qi, Q 2 , Q3, Q.4, Q5 ausgebildet. Eine Teilmenge d der Rippen, die mit dem Bezugszeichen 3 versehen sind, weisen einen Querschnitt Q1 , Q 2 , Q3, Q 4 auf, der größer oder gleich einem vorbestimmten Min- destquerschnitt Q min ist.

Dieser Mindestquerschnitt Q min ist durch die erforderliche Standfestigkeit gegenüber der mechanische Belastung bestimmt, die bei einem Bremsvorgang auf die beiden Reibringe 2 ausgeübt wird und durch die Rippen 3 aufgenom- men werden muss.

Eine zweite Gruppe von Rippen, die mit dem Bezugszeichen 4 versehen sind, dienen der Abstrahlung thermischer Energie. Der Querschnitt Q 5 dieser Rippen 4 der zweiten Teilmenge G2 liegt unterhalb des Mindestquerschnitts Q m in-

Durch diese Maßnahme wird ermöglicht, die Kühlkanalfläche der Wellenbremsscheibe 1 durch Anordnung dieser aus mechanischer Sicht nicht notwendigen Rippen 4 zwischen den Reibringen 2 zu vergrößern. Die Rippen 3 der ersten Teilmenge d sind, wie in Fig. 1 dargestellt, bevorzugt radial zur Drehachse der Reibringe 2 hintereinander angeordnet. Auch die Rippen 4 der zweiten Teilmenge G2 sind bevorzugt so angeordnet, dass jeweils eine Reihe dieser Rippen 4 radial zur Drehachse der Reibringe 2 hintereinander angeordnet sind. Dies ermöglicht insbesondere eine einfache Formherstellung für das Gießen einer solchen Wellenbremsscheibe 1 . Wie in Fig. 1 des Weiteren beispielhaft gezeigt ist, ist die Anzahl der radial hintereinander angeordneten Rippen 4 der zweiten Teilmenge G2 größer als die Anzahl der radial hintereinander angeordneten Rippen 3 der ersten Teilmenge GL Dies wird ermöglicht durch die Ausbildung der Rippen 4 der zweiten Teilmenge G2 mit kleinerem Querschnitt Q 5 . Die so erreichte höhere Packungsdichte der Rippen 4 geht dementsprechend einher mit einer Vergrößerung der Kühlkanalfläche der Wellenbremsscheibe 1 . Zur Erreichung einer möglichst hohen Packungsdichte der Rippen 3, 4 und der damit einhergehenden großen Kühlkanalfläche sind die radial angeordneten Reihen von als Stützelemente ausgebildeten Rippen 3 und der der Abstrahlung thermischer Energie dienenden Rippen 4 in Umfangsrichtung alternierend nebeneinander angeordnet. Die Nebeneinanderanordnung der unterschiedlich ausgebildeten Rippen 3, 4 ermöglicht außerdem eine gleichmäßige Abtragung von Andruckkräften durch die als Stützelemente ausgebildeten Rippen 3.

Denkbar sind aber auch andere Anordnungsmuster der Rippen 3, 4. Wichtig ist dabei eine möglichst große Packungsdichte der Rippen 3, 4 und eine für die Übertragung von Andruckkräften auf die Reibringe 2 hinreichende Menge von als Stützelemente ausgebildeten Rippen 3.

Zur weiteren Erhöhung der Kühlkanalfläche ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, der Querschnitt der Rippen 3, 4 zumindest einer der Teilmengen G1 , G2 der Rippen 3, 4 zu einem Außenrand der Reibringe 2 hin zunehmend ausgebildet. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsvariante sind die als Stützelemente ausgebildeten Rippen 3 mit unterschiedlichen Querschnitten Q1 , Q 2 , Q3, Q4 ausgebildet. Die zur Abstrahlung thermischer Energie dienenden Rippen 4 sind hier mit gleichbleibendem Querschnitt Q 5 ausgebildet. In Fig. 2 ist eine weitere Möglichkeit zur Vergrößerung der Kühlkanalfläche der Wellenbremsscheibe 1 dargestellt. Wie hier gut zu erkennen ist, ist die Länge Li der einem Innenrand 5 der Reibringe 2 nahen Rippen 3, 4 größer als die Länge L 2 der einem Außenrand 6 der Reibringe 2 nahen Rippen 3, 4. Dementsprechend ist die Dicke d 2 der Reibringe 2 nahe deren Innenrand 5 entsprechend reduziert.

Während in Fig. 2 lediglich die beiden innersten Rippen 3 eine größere Länge aufweisen als die dem Außenrand 6 der Wellenbremsscheibe 1 nahen Rippen 3, ist es ebenso denkbar, die Dicke der Reibringe 2 so auszubilden, dass sie von der Dicke Di im Bereich des Außenrandes zur Dicke D 2 im Bereich des Innenrandes 5 kontinuierlich abnimmt und dementsprechend die Längen L der Rippen 3, 4 von außen nach innen kontinuierlich anwachsen.

Als besonders günstig hat sich ein Größenverhältnis des Querschnitts der als Stützelemente ausgebildeten Rippen 3 zum Querschnitt der der Abstrahlung thermischer Energie dienenden Rippen 4 von 3:2 gezeigt. So beträgt der Querschnitt der als Stützelemente ausgebildeten Rippen 3 beispielsweise 12 mm, während der Querschnitt der der Abstrahlung thermischer Energie dienenden Rippen 4 8 mm beträgt.

Die Gestalt der Querschnitte der Rippen 3, 4 ist, wie in Fig. 1 gezeigt bevorzugt rund. Denkbar ist aber auch die Ausformung von Rippen 3, 4 mit ovalem oder polygonal ausgebildetem Querschnitt.

Bezugszeichenliste

1 Wellenbrennsscheibe 2 Reibring

3 Rippe

4 Rippe

5 Innenrand

6 Außenrand Q Querschnitt der Rippe

Qmin Minimalquerschnitt

Gi erste Gruppe

G 2 zweite Gruppe Li Länge der Rippe L 2 Länge der Rippe

Dicke der Reibringe