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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bremsbelag für eine Scheibenbremse eines Schienenfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Scheibenbremse eines Schienenfahrzeugs mit einem solchen Bremsbelag.
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Gattungsgemäße Bremsbeläge sind beispielsweise aus der
DE 10 2014 119 489 A1 , der
EP 0784761 A1 , der
EP 2 662 586 A1 , der
EP 2 713 075 A1 , der
JP 2010-270 826 A , der
DE 10 2014 119 492 A1 oder der
WO 2016 / 027860 A1 bekannt. Bei diesen Bremsbelägen, die im Wesentlichen aus einer kreisringsegmentförmigen Trägerplatte und mehreren an dieser beweglich gehaltenen Belagträgern mit daran angebrachten Reibbelägen bestehen, sind die Reibbeläge üblicherweise aus organischem Material oder aus gesinterten Metallen gefertigt.
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Im Rahmen einer Stoppbremsung eines Schienenfahrzeugs können die organischen Reibbeläge etwa 5 % und die gesinterten Reibbeläge etwa 10 % der umzuwandelnden kinetischen Energie aufnehmen. Der überwiegende Anteil der dabei freiwerdenden Wärmeenergie muss dabei in der Bremsscheibe gespeichert werden können, ohne die zulässige Temperatur an der Oberfläche der Bremsscheibe zu überschreiten.
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Der Anteil an Energie, der während einer solchen Stoppbremsung durch Strahlung oder Konvektion an die Umgebung abgegeben wird, kann dabei nahezu vernachlässigt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Bremsbelag für eine Scheibenbremse eines Schienenfahrzeugs bereitzustellen, der in der Lage ist, einen möglichst großen Anteil der freiwerdenden Wärmeenergie aufnehmen zu können.
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Die gestellte Aufgabe wird durch einen Bremsbelag für eine Scheibenbremse eines Schienenfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die gestellte Aufgabe wird des Weiteren durch eine Scheibenbremse eines Schienenfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Bremsbelag für eine Scheibenbremse eines Schienenfahrzeugs weist eine im Wesentlichen kreisringsegmentförmige Trägerplatte sowie wenigstens einen an der Trägerplatte gehaltenen Belagträger und wenigstens einen an dem Belagträger befestigten Reibbelag auf.
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Die Trägerplatte erstreckt sich dabei in Umfangsrichtung über einen Winkel von wenigstens 175° und bis zu 250°.
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Die Verlängerung der Trägerplatte und der damit einhergehenden Vergrößerung der Reibfläche ermöglicht in einfacher Weise eine Reduktion des Wärmewiderstandes und damit eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit des Bremsbelags zum Transport der bei einem Bremsvorgang entstehenden Reibenergie in den Belagträger.
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Ein solchermaßen ausgestalteter Bremsbelag, eingesetzt in einer Schienenfahrzeug-Scheibenbremse kann auf unterschiedlichste Art und Weise vorteilhaft genutzt werden.
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So kann dadurch die Anzahl der Bremsscheiben und zugehöriger Bremsbeläge aufgrund des verbesserten Wärmeaufnahmevermögens insgesamt reduziert werden, was den weiteren Vorteil einer Reduktion ungefederter Massen sowie Reduktion der Fahrzeuggesamtmasse mit sich bringt.
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Mit der erhöhten Leistungsfähigkeit der Bremse aufgrund der thermischen Entlastung ist es darüber hinaus möglich, leichtere Bremsscheiben, beispielsweise aus Aluminium gefertigte Bremsscheiben oder auch Bremsscheiben mit reduzierten Abmessungen einzusetzen, was ebenfalls zu einer Reduktion der ungefederten Massen führt.
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Weiter können anstelle von sonst üblichen Stahlgussbremsscheiben auch Graugussbremsscheiben eingesetzt werden, was mit einer erheblichen Kostenreduktion einhergeht.
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Weiter ist durch den Einsatz erfindungsgemäßer Bremsbeläge ermöglicht, die Nutzlast des Fahrzeugs zu erhöhen, was mit einer verbesserten Fahrzeugperformance einhergeht. Denkbar ist auch die Möglichkeit einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit aufgrund der verbesserten Leistungsfähigkeit der Bremsbeläge und der Scheibenbremse.
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Schließlich ermöglicht die durch den erfindungsgemäßen Bremsbelag erfolgte thermische Entlastung der Bremsscheibe eine Reduktion der Lebenszykluskosten der Scheibenbremse.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante erstreckt sich die Trägerplatte in Umfangsrichtung über einen Winkel von 180°, was eine nochmalige Vergrößerung der Belagfläche und der sich daraus ergebenden oben genannten Vorteile mit sich bringt.
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Bevorzugt ist die Dicke des Belagträgers größer als die Dicke des unverschlissenen Reibbelags, gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante beträgt diese mehr als das Zweifache der Dicke des unverschlissenen Reibbelags, was eine Optimierung der Wärmekapazität des Belagträgers mit sich bringt.
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Die Ausgestaltung des Belagträgers mit vergrößerter Dicke (gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten üblichen Belagträgerdicken) ermöglicht zudem eine Vergrößerung der Wärmekapazität des Bremsbelags. Der Reibbelag ist bevorzugt in mehrere Reibbelagsegmente aufgeteilt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist der Belagträger aus Aluminium gefertigt. Aluminium besitzt, bei geringer Masse, zum einen eine hohe spezifische Wärmekapazität und zum andern eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Bremsbelags sind an der Trägerplatte mehrere Belagträger mit jeweils einem daran befestigten Reibbelag gehalten.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante erstreckt sich jeder der Belagträger und der daran befestigte Reibbelag in Umfangsrichtung über einen Winkel von etwa 45°.
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Die Aufteilung des Belagträgers in mehrere Belagträger, die an der Trägerplatte befestigt sind, ermöglicht eine Reduktion der Wölbung der Gesamtfläche.
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Zu diesem Zweck weist der Belagträger gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante zudem mehrere Nuten auf.
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Diese Nuten sind in einer vorteilhaften Ausführungsvariante in einer der Trägerplatte zugewandten Fläche des Belagträgers eingebracht.
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Die Nuten dienen hier insbesondere dazu, den Belagträger biegeweicher zu gestalten, um eine Wölbung des Bremsbelags aufgrund der einseitigen thermischen Belastung des Bremsbelags zu reduzieren.
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In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsvariante erstrecken sich die Nuten von einer Reibfläche des Reibbelags bis in eine dem Reibbelag zugewandte Fläche des Belagträgers.
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Die Nuten auf dieser Seite des Bremsbelags ermöglichen insbesondere eine Reduktion der Wölbung der Gesamtfläche durch die Aufteilung der Reibfläche auf mehrere Einzelflächen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante erstrecken sich erste Nuten radial zu einem gedachten Ursprung der kreisringsegmentförmigen Trägerplatte.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante erstrecken sich zweite Nuten tangential oder konzentrisch zu dem gedachten Ursprung der kreisringsegmentförmigen Trägerplatte.
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Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Bremsbelags weist dieser eine Vielzahl von wenigstens neun Belagträgern mit jeweils einem daran befestigten Reibbelag auf, die elastisch auf der Trägerplatte gelagert sind.
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Bei diesem Bremsbelag ist bevorzugt an jedem der Belagträger ein Befestigungszapfen befestigt, der über eine in einer Ausnehmung der Trägerplatte abgestützte Spannfeder an der Trägerplatte bewegbar, insbesondere schwenkbar gehalten ist.
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Die erfindungsgemäße Scheibenbremse eines Schienenfahrzeugs weist eine Bremszange mit wenigstens einem Bremsbelaghalter und wenigstens einem an diesem angeordneten Bremsbelag auf. Der Bremsbelag ist dabei wie oben beschrieben ausgebildet.
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In einer Ausführungsvariante ist die Trägerplatte des Bremsbelags einstückig mit dem Bremsbelaghalter 8 ausgebildet, was einen nochmals direkteren Energietransport zwischen Trägerplatte und Bremsbelaghalter ermöglicht und den Zusammenbau der Scheibenbremse zusätzlich erleichtert.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Es zeigen:
- 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse mit an einer Bremszange angeordnetem Bremsbelag,
- 2 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Bremsbelags mit vier an der Trägerplatte fixierten Belagträgersegmenten,
- 3 eine perspektivische Einzeldarstellung eines der Belagträgersegmente mit Nuten im Belagträger,
- 4 eine alternative Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Bremsbelags mit Nuten im Reibbelag und im Belagträger,
- 5 eine Einzeldarstellung eines Segments eines Belagträgers mit daran angeordnetem, durch Nuten und einer Vielzahl von Reibbelagsegmenten aufgeteilten Reibbelag,
- 6 und 7 den 4 und 5 entsprechende Darstellungen mit tangential anstelle konzentrisch zu einem Ursprung der kreisringsegmentförmigen Trägerplatte eingebrachten zweiten Nuten,
- 8 eine der 4 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Bremsbelags mit einer Vielzahl von an der Trägerplatte angeordneten Belagträgern und
- 9 eine Schnittansicht durch den Bremsbelag gemäß 8 mit Darstellung der elastischen Fixierung eines der Belagträger an der Trägerplatte.
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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 des Bremsbelags, der Trägerplatte, der Belagträger, des Reibbelags und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d.h., durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
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In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 insgesamt eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse eines Schienenfahrzeugs bezeichnet.
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Die Scheibenbremse 1 weist eine Bremsscheibe 2 auf, die von einer Bremszange 7 umgriffen wird. Die Zangenhebel der Bremszange 7 werden dabei pneumatisch, hydraulisch oder elektromotorisch betätigt. Am vorderen Ende der Zangenhebel ist jeweils ein Bremsbelaghalter 8 angeordnet, an dem ein Bremsbelag 3 befestigt ist.
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Ausführungsvarianten eines solchen Bremsbelags 3 sind in den 2-9 dargestellt.
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Den unterschiedlichen Ausführungsvarianten von Bremsbelägen 3 gemeinsam ist eine im Wesentlichen kreisringsegmentförmige Trägerplatte 4, wenigstens ein an der Trägerplatte 4 gehaltener Belagträger 5 sowie wenigstens ein an dem Belagträger 5 befestigter Reibbelag 6.
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Die Trägerplatte 4 erstreckt sich dabei in Umfangsrichtung über einen Winkelbe reich von wenigstens 175° und bis zu 250°.
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Alternativ oder zusätzlich ist die Dicke dB des Belagträgers 5 größer als die Dicke dR des unverschlissenen Reibbelags 6, wie es beispielhaft in den 3 und 9 veranschaulicht ist.
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Eine erste Ausführungsvariante eines solchen Bremsbelags 3 ist in 2 dargestellt.
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Bei diesem Bremsbelag 3 erstreckt sich die Trägerplatte 4 in Umfangsrichtung über einen Winkel von 180°. Die parallel zu einer Reibfläche 21 der Bremsscheibe 2 ausgerichtete Fläche der Trägerplatte 4 wird bei dieser Ausführungsvariante des Bremsbelags 3 durch vier gleich große Segmente eines Belagträgers 5 bedeckt.
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Ein einzelnes Segment eines solchen Belagträgers 5 ist in 3 dargestellt. Wie hier gezeigt ist, erstrecken sich die Belagträger 5 und der daran flächengleich ausgebildete, am jeweiligen Belagträger 5 befestigte Reibbelag 6 in Umfangsrichtung über einen Winkel von etwa 45°, um so aneinander gereiht die gesamte Fläche der Trägerplatte 4 abzudecken, wie es in 2 gezeigt ist. Die Reibfläche 63 jedes der Reibbeläge 6 ist bei dieser Ausführungsvariante glattflächig ausgebildet.
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Wie weiter in den 2 und 3 dargestellt ist, ist die Dicke dB des Belagträgers 5 größer als die Dicke dR des unverschlissenen Reibbelags 6. Durch eine solchermaßen reduzierte Dicke dR des unverschlissenen Reibbelags 6 ist eine deutliche Reduktion des Wärmewiderstands des Reibbelags 6 gegeben und damit eine Übertragung der bei einem Bremsvorgang entstehenden Wärmeenergie von der Bremsscheibe 2 weg in den Belagträger 5 des Bremsbelags 3 erleichtert.
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Die Dicke dB des Belagträgers 5 ist dabei bevorzugt mehr als zweimal so dick als die Dicke dR des unverschlissenen Reibbelags 6.
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Wie weiter in den 2 und 3 zu erkennen ist, sind in einer der Trägerplatte 4 zugewandten Fläche des Belagträgers 5 mehrere Nuten 51, 52 eingebracht. Dabei erstrecken sich erste Nuten 51 radial zu einem gedachten Ursprung U der kreisringsegmentförmigen Trägerplatte 4. Zweite Nuten 52 erstrecken sich hier konzentrisch zu dem gedachten Ursprung U der kreisringsegmentförmigen Trägerplatte 4.
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Die so sich überkreuzenden Nuten 51, 52 ermöglichen es, den Belagträger 5 biegeweicher zu gestalten, um so einer Wölbung des Bremsbelags 3 aufgrund der einseitigen thermischen Belastung des Bremsbelags 3 während eines Bremsvorgangs leichter entgegenwirken zu können. Der Belagträger 5 ist dabei bevorzugt an der Trägerplatte 4 mit in Gewindebohrungen 53 in jeweiligen durch die Nuten 51, 52 entstehenden Segmenten des Belagträgers 5 verschraubt.
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Auf der dem Belagträger 5 abgewandten Seite der Trägerplatte 4 ist, wie in den 1 und 2 dargestellt ist, der Bremsbelaghalter 8 befestigt, insbesondere verschraubt, der zusammen mit einem Quersteg 9 die Enden der Zangenhebelhälften der Bremszange 7 miteinander verbindet und so eine gleichmäßige Kraftübertragung auf den Bremsbelag 4 bewirkt.
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Wie in 1 dargestellt ist, sind aufgrund der sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von 180° erstreckenden Trägerplatte 4 zwei solcher Bremsbelaghalter 8 auf der Trägerplatte 4 montiert, wobei die Enden des Querstegs 9 etwa mittig (betrachtet in Längsrichtung der Bremsbelaghalter 8) auf den stegartigen Bremsbelaghaltern 8 in dazu vorgesehenen Halterungen der Bremsbelaghalter 8 montiert sind.
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Denkbar ist auch, die Trägerplatte 4 des Bremsbelags 3 einstückig mit dem Bremsbelaghalter 8 auszubilden.
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In einer in den 4 und 5 gezeigten alternativen Ausführungsvariante des Bremsbelags 3 sind die ersten Nuten 51, 61 und zweiten Nuten 52, 62 von der Reibbelagseite des Bremsbelags 3 her in den Reibbelag 6 und den Belagträger 5 eingebracht. Die Nuten 51, 52, 61, 62 erstrecken sich demgemäß hier von einer Reibfläche 63 des Reibbelags 6 bis in eine dem Reibbelag 6 zugewandte Fläche des Belagträgers 5.
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Auch hier sind die ersten Nuten 51 radial zu dem Ursprung der kreisringsegmentförmigen Trägerplatte 4 und die zweiten Nuten 52, 62 konzentrisch zu dem gedachten Ursprung U der kreisringsegmentförmigen Trägerplatte 4 ausgerichtet.
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Bei der in den 6 und 7 weiteren Ausführungsvariante des Bremsbelags 3 sind anstelle von konzentrisch ausgerichteten zweiten Nuten 52, 62 die Nuten tangential ausgerichtet. Als tangential ausgerichtete zweiten Nuten 52, 62 werden hier Nuten verstanden, die parallel zu einer Tangente an dem Außenumfang des jeweiligen Segments des Belagträgers 5 ausgerichtet sind, senkrecht zu einer Radialen, die mittig durch das jeweilige Segment des Belagträgers 5 verläuft.
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In den 8 und 9 ist eine nochmals weitere Ausführungsvariante eines Bremsbelags 3 dargestellt, bei dem anstelle der in den vorherigen Ausführungsbeispielen vier nebeneinander angeordneten Belagträgern 5 eine Vielzahl von Belagträgern 5, hier in zwei konzentrischen Reihen zueinander insgesamt zwanzig Belagträger 5 mit daran fixierten Reibbelägen 6 angeordnet sind. Jeder dieser Belagträger 5 ist hier über einen einzigen Befestigungszapfen 10 an der Trägerplatte 4 bewegbar, insbesondere schwenkbar gehalten.
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Zur schwenkbaren Halterung dient dabei eine Spannfeder 11, gezeigt in 9. Die Spannfeder 11 ist dabei zwischen Belagträger 5 und Trägerplatte 4 angeordnet. Auch bei dieser Ausführungsvariante ist die Dicke dR des jeweiligen Reibbelags 6 deutlich geringer als die Dicke dB des den jeweiligen Reibbelag 6 haltenden Belagträgers 5.
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Der bzw. die Belagträger 5 sind bevorzugt aus einem Material mit gegenüber dem Reibmaterial höheren spezifischen Wärmeleitfähigkeit und spezifischen Wärmekapazität gefertigt, beispielsweise aus Aluminium.
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Gemeinsam ist allen Bremsbelägen, dass durch die geringe Dicke des Reibbelags 6 relativ zum Belagträger 5 die beim Bremsvorgang entstehende Reibenergie möglichst schnell und mit geringem Widerstand von der Bremsscheibe in den Belagträger 5 transportiert werden kann.
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Denkbar ist auch, den Bremsbelag 3 so auszubilden, dass dieser in seinem umfänglichen Abmaß dem Abmaß herkömmlicher Bremsbeläge entspricht, die in Umfangsrichtung einen Winkel von 90° - 120° überstreichen, da bereits durch die reduzierte Dicke des Reibbelags 6 die entstehende Reibenergie schnell und mit geringem Widerstand weg von der Bremsscheibe 2 in den Belagträger 5 transportiert wird.
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Ebenfalls ist es umgekehrt denkbar, die Dicke des Reibbelags 6 wie im Stand der Technik beizubehalten, da durch die größere Reibbelagfläche ebenfalls eine Reduktion des Wärmewiderstands erreichbar ist.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Scheibenbremse
- 2
- Bremsscheibe
- 21
- Reibfläche
- 3
- Bremsbelag
- 4
- Trägerplatte
- 41
- Ausnehmung
- 5
- Belagträger
- 51
- erste Nut
- 52
- zweite Nut
- 53
- Gewindebohrung
- 6
- Reibbelag
- 61
- erste Nut
- 62
- zweite Nut
- 63
- Reibfläche
- 7
- Bremszange
- 8
- Bremsbelaghalter
- 9
- Quersteg
- 10
- Befestigungszapfen
- 11
- Spannfeder
- dR
- Dicke des Reibbelags
- dB
- Dicke des Belagträgers
- U
- Ursprung