专利名称：盘式制动器的制动盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种尤其用于铁路机车车辆的盘式制动器的制动盘。它包括一个毂体，毂体有沿径向向外延伸的带平行于轴线的通孔的轮毂法兰，通孔内可装入螺钉，以便将制动环的一个设置为与轮毂法兰沿径向重叠和沿轴向相邻的制动环法兰与毂体连接起来；包括一个尤其用于铁路机车车辆的盘式制动器的制动环，制动环有沿径向延伸的带平行于轴线的通孔的制动环法兰，通孔内可装入螺钉，以便将毂体的一个设置为与制动环法兰沿径向重叠和沿轴和相邻的轮毂法兰与制动环连接起来。
众所周知，在上述类型的盘式制动器中，制动环在制动过程中发热膨胀，而毂体没有经受类似的膨胀。为了吸收亦即为了补偿在制动环与毂体之间由此产生的热膨胀，已知多种结构设计。
例如DE-B 1031337公开了一种前言所述类型的盘式制动器，其中，在轮毂法兰与制动盘法兰之间的螺钉连接设计为，允许两个物体之间有径向的相对运动。具体而言，在制动环法兰中设四个沿周向等间距的径向槽，穿过法兰的螺钉可在径向槽内沿径向移动。然而在此类结构中存在的问题是，在热膨胀时螺钉可能有失去其平行于盘式制动器轴线的位置。因此，尤其是螺钉头可能保持其相对于它支靠在上面的轮毂法兰的位置，而螺纹段处于制动环法兰中并在热膨胀时被它沿径向向外错移。其结果是导致螺钉严重的弯曲负荷，这种弯曲负荷会引起严重的磨损、提前疲劳、在最坏的情况下可能导致螺钉失效。
为了避免上述螺钉的弯曲负荷，由DE-A 2828137已知，在前言所述类型的盘式制动器内，不仅螺钉头而且螺母均装在球状支承座内，因此螺钉可以从其平行于轴线的支承位置转出而没有明显的弯曲和剪切负荷。然而这种实施形式很复杂并因而昂贵，而且在热膨胀时导致不希望的螺钉预紧力的改变。
此外，还由DE 3432501 C2已知一种前言所述类型的盘式制动器，其中制动环法兰设置为可在轮毂法兰与一个单独的夹紧环之间实施热膨胀运动，在这里螺钉将轮毂法兰沿轴向压紧在夹紧环上。因此螺钉相关的端部支承在轮毂法兰内或夹紧环内，并因而支承在两个通常在热膨胀时不发生相对运动的构件内。然而存在的缺点是必须设附加的装置，用于在毂体与夹紧环之间传递扭矩，以便不产生垂直于径向的螺钉弯曲负荷。采用这种装置，不仅增加了结构方面的费用支出，而且使装配变得更加困难。此外，对于内部通风的盘式制动器，夹紧环会严重阻碍向制动盘供入冷却空气。还有，在热膨胀时在夹紧环上产生的力相对于盘式制动器的旋转轴线有可能是非对称的，并由此仍然会导致不希望的螺钉弯曲负荷。
此目的通过具有权利要求1所述特征的制动盘、具有权利要求7所述特征的制动环以及具有权利要求8所述特征的制动盘达到。有利的设计包含在从属权利要求内。
据此，尤其适用于铁路机车车辆的按本发明的制动盘包括一个沿径向向外延伸带平行于轴线的通孔的轮毂法兰，在这里，如上面已说明的那样，术语，“径向”和“与轴线平行”就制动盘的旋转轴线而言，以及轮毂法兰也可以由一些凸块波纹状地构成。螺钉可装在平行于轴线的通孔内，以便将制动环的制动环法兰与毂体连接起来，在这里，制动环法兰设置为与轮毂法兰沿径向至少部分重叠以及沿轴向看彼此相邻。制动环法兰也可以波纹状地由一些凸块构成。毂体的特征在于，在至少其中一个上述轮毂法兰内的通孔处设支承部分，它固定在毂体上，在螺钉的端部穿过制动环法兰后，通过此支承部分可支承螺钉端部。支承部分不必完全固定，而是尤其能允许沿轴向有一定的运动能力。重要的主要是就径向运动而言是固定的。优选地，在沿圆周分布地排列的所有的，但至少三个通孔处设支承部分。
因此，在按本发明的制动盘中，连接轮毂法兰与制动环法兰的螺钉的两端相对于毂体固定。螺钉的第一端(例如可以是螺钉头)装在轮毂法兰上的通孔内。然后螺钉穿过制动环法兰，以及其第二端支承在支承部分内，支承部分固定在毂体上并将这种固定传递给螺钉端部。由于螺钉在两端沿径向固定，即使在制动环热膨胀时也保证其平行于轴线的位置。在采用多个支承部分时，纵然由于热膨胀产生的力可能相对盘式制动器的旋转轴线不对称，情况仍然如此。通过按权利要求4的径向导引，保证制动环即使在热膨胀时仍能始终保持相对于盘式制动器轴线的定心。
按本发明第一种支承部分的设计形式，支承部分设计为在毂体上构成的沿径向向外延伸的一些支承凸块，或设计为在毂体上的环形支承法兰。支承部分为在毂体上构成的支承凸块这种设计的优点是，在两个这种凸块之间留下一个空隙，在运行时冷却空气可以通过空隙流动。此外，同样设计为凸块状的制动环法兰，在制动盘装配时可按简单的方式通过此空隙插入轮毂法兰与支承部分之间的空腔内。支承部分与毂体的这种集成式结构还便于制动盘的装配，因为支承部分不必单独装配。
按上面提及的那种实施形式的进一步发展，设计在毂体上的支承部分可有一个带装在其中的衬套的平行轴线的通孔，在支承部分中的通孔与在轮毂法兰内相应的通孔对齐地排列。穿过轮毂法兰和制动环法兰的螺钉可通过衬套导引，其中，衬套一侧支靠在制动环法兰上。此衬套用于使制动环法兰预紧地压靠在轮毂法兰上。这一点通过使衬套支承在制动环法兰上实现，而衬套处于相对位置的那一端受螺钉通过螺钉头或旋在螺纹上的螺母的作用。通过在衬套内支承，螺钉在这里附加地防止弯曲负荷。此外通过将衬套装在支承部分的通孔中，间接地实现螺钉端部相对于毂体的径向固定。但与此同时，衬套仍保持能在支承部分的通孔内平行于轴线地移动，从而使衬套能将期望的轴向预紧力传递给制动环法兰。
按上述实施形式的一项进一步发展，在轮毂法兰和/或在支承部分上设至少三个沿周向均匀分布的径向导引装置，它们可与在制动环法兰上相应的径向导引装置配合工作，以便在热膨胀的情况下沿径向导引制动环法兰和使之定心。径向导引装置沿周向均匀分布的含义是，例如有三个这种径向导引装置时分别按120°的角向距离绕盘式制动器的旋转轴线排列。径向导引装置保证制动环虽然能沿径向相对于毂体运动并因而能依随着热膨胀，但是不允许制动环绕盘式制动器的旋转轴线作任何相对转动，从而保证在制动环与毂体之间的扭矩传递以及它们沿周向的相对位置。与此同时沿不同径向方向的径向导引装置，保证制动环和毂体即使在热膨胀时仍处于彼此定心的位置。
上述径向导引装置优选地设计为在轮毂法兰和/或在支承部分上的两个平行于半径延伸的面，它们与在制动盘法兰上的对应的表面配合作用。这些表面平行于从盘式制动器的旋转轴线出发的半径延伸，保证了这些面沿此半径方向实施导引。
按本发明的支承部分的第二种实施形式，将支承部分设计为L形的支承角架，它在第一边内有一个用于穿过螺钉端部的通孔。此外，在毂体上设轴向定向槽，上述支承角架的第二边可装在此槽内。槽的定向确定为从槽底朝其口的方向，也就是说平行于槽的壁。支承部分的这种实施形式当然可以与上面已说明的设计组合，因为沿毂体圆周分布的各支承部分原则上是互相独立的。L形的支承角架按这样的方式装在毂体上的轴向定向槽内，即支承角架保持可沿轴向运动，而沿径向以及优选地也沿周向是固定的。因此在总体上达到了支承角架期望的沿径向固定，但与此同时在拉紧螺钉时支承角架轴向运动，并因而可将调整好的预紧力传递给制动环法兰。采用支承角架的优点是，在盘式制动器装配时起先可以将它们取走，所以制动环和毂体可以无阻碍地组合。只是在拉紧螺钉时才相继装上支承角架。此外，通过采用不同尺寸的支承角架，可以实现方便地适应制动环和毂体的尺寸。
此外，本发明还涉及尤其用于铁路机车车辆的盘式制动器的制动环，包括一个沿径向延伸具有平行于轴线的通孔的制动环法兰，螺钉可装入此通孔内，以便将毂体的一个设计为与制动环法兰沿径向重叠和沿轴向相邻的轮毂法兰与制动环连接起来。此制动环的特征在于，在至少一个通孔处设支承部分，它固定在制动环上，在螺钉的端部穿过轮毂法兰后，通过此支承部分可以支承螺钉端部。
在这样一种制动环中，螺钉的两个端部相对于制动环固定。因此，在盘式制动器组合时制动环在功能上具有与上面说明的毂体相同的作用。由此上面针对毂体的设计阐明的那些可能性，可相应地应用于制动环。
此外，制动盘，尤其用于铁路机车车辆的制动盘也属于本发明，它包括一个毂体以及一个固定在毂体上的制动环。此制动盘的特征在于，毂体按上面已说明的方式设计；和/或，制动环按上面已说明的方式设计；以及，螺钉端部通过固定在毂体上或制动环上的支承部分支承。在这样一种制动盘中，由于螺钉端部两端固定，保证螺钉即使在制动环热膨胀时也能保持其平行于轴线的位置，以及保证螺钉和制动环相对于盘式制动器的轴线定心。此外，如上面针对毂体已说明的那样达到简化装配和保证制动环的通风。
按另一种实施形式规定，螺钉设计为，第一，使螺钉的头部有一平面，通过它贴靠在毂的一个专门设计作为支承的凸缘上，此平面导致在螺母旋上和旋下时防螺钉转动，以及第二，在螺钉头下面加上滚花，在螺钉安装在毂内时滚花嵌入安装孔内，由此使螺钉以牢固的紧配合固定在毂内，因此在制动环装配时不必用手将螺钉保持在其位置上。
在
图1所示的制动盘中，制动环12与毂体16之间的连接借助于螺钉15实现，螺钉穿过沿径向(亦即在此图中为向上)延伸的轮毂法兰14内平行于轴线的通孔114，轮毂法兰整体式设计在毂体16上。此外，螺钉还穿过制动环法兰13内平行于轴线的通孔113，制动环法兰设计在制动环12沿径向在内部的边缘上，并设置成沿轴向与轮毂法兰14相邻。制动环12在毂体16上的固定通过一个装在螺钉15自由端的螺母19及其具有规定的拧紧扭矩(典型地36Nm)的拧紧来实现。在这里，在螺母19与制动环法兰13之间装一衬套20，螺钉15通过它导引以及衬套的一端支承在制动环法兰13上。螺母19贴靠在衬套20的另一端上，以便间接地通过衬套在制动环法兰13上施加规定的预紧力。
按本发明在毂体16上沿轴向离轮毂法兰14一定距离处设支承凸块17，它有一通孔，此通孔与轮毂法兰14内及制动环法兰13内的通孔对齐。在支承凸块17的通孔内衬套20处于紧配合状态。因此，支承凸块17就沿径向和沿周向的运动而言固定了衬套20，由此同时也按相应的方式固定了螺钉15处于衬套20内的自由端。但是在这种情况下仍允许衬套20在支承凸块17的通孔内平行于轴线移动，所以当在螺钉15上拧紧螺母19时衬套20可朝制动环法兰13的方向游动并可在那里施加期望的预紧力。
在所说明的结构中，螺钉15的两端相对于毂体16固定地支承着，所以螺钉15即使在制动环12热膨胀时仍能保持其与轴线平行的位置。因此减少了螺钉的负荷并因而减少了其磨损和破坏的危险。与此同时，在约10至40％的大部分轴向长度上围绕着螺钉15的衬套20，也有助于面对弯曲负荷时的稳定性。
此外，在图1所示的螺钉连接装置的设计中设径向导引装置，它允许制动环12在热膨胀的情况向沿径向伸长并与此同时定心。这种径向导引装置优选地规定沿圆周围绕盘式制动器的旋转轴线均匀地分布，例如在三个径向导引装置的形式中间距分别为120°(见图4，27a)。在按图1的实施形式中，径向导引这样达到，即，在衬套20面朝制动环法兰13的端部铣削两个相对于衬套轴线彼此对置的平面，通过它们在衬套20上形成两个平行的表面10、10′(详图A)。此外，制动环法兰13面朝衬套20的那一侧有一铣削槽215，它优选地有两个平行的离穿过螺钉15的通孔距离相同的面10″。表面10″的间距与平行面10、10′的间距一致。衬套填满制动环法兰13中的铣削面之间的空间。在此通过铣削构成的空间内，插入衬套20面朝制动环法兰13的端部，在这种情况下衬套20铣出的面10、10′贴靠在制动环法兰铣削的平面10″上。因此，衬套20与面10″的配合作用保证了在制动环12热膨胀的情况下在衬套20与制动环法兰13之间沿径向导引的可运动性。
图1表示的方案尤其适用于铁制的制动环12。图2中表示了这种实施形式的改型，它优选地适用于铝制的制动环212。在这里，在毂体16上离轮毂法兰14有一轴向距离处设支承凸块17，它有一个同心于用于穿过衬套20的通孔的通孔。制动环法兰在支承凸块17那一侧上有一圆柱形铣槽。此铣槽的直径大于衬套20的直径，所以可在此铣槽内装一滑块18。滑块18除了其本身有一个沿径向延伸的中央槽118以外填满在制动环法兰213内的铣槽。在此槽118内插入衬套20面朝制动环法兰213的端部，在这种情况下衬套20铣出的面10、10′(图1详图A)贴靠在滑块18中的槽的平面10″上(详图C)。因而衬套20与滑块18的配合作用保证了在制动环212热膨胀的情况下在衬套20与滑块18之间沿径向导引的可运动性。在这里与图1中相同的部分采用相同的符号并在下面不再重新说明。
与图1的实施形式的差别还在于，在衬套20与螺母19之间设夹紧片21，它们保证与制动环法兰的温度无关，在制动环法兰213与轮毂法兰14之间施加规定的轴向夹紧力。此外，在制动环法兰213与轮毂法兰14之间装另一个圆片11。
由图1和2可以看出，同一个毂体16可与不同的制动环12、212组合。这恰恰是本发明的一个突出的优点，即制动盘可按一种积木式系统由不同的构件符合需要地组成，无需终是要重新生产全套制动盘。
图3表示了在毂体316与铝制的制动环312之间螺钉连接装置另一种可供选用的实施形式。与在按图1的实施形式中相同的部分采用同样的符号并在下面不再重新说明。
按图3的实施形式与前面所述的那些实施形式的主要区别在于，取代支承凸块17，在毂体316上设计一钩状凸起25，凸起25平行于轴线延伸并由此构成朝毂体316方向的一个同样平行于轴线的槽24。在此槽24内插入L形支承角架22的一个边，从而沿径向固定此支承角架22，但与此同时保留沿轴向的运动能力。支承角架22的第二个边沿径向向外(在图3中向上)延伸。此边沿轴向与制动环法兰313以及间接地与轮毂法兰314相邻。螺钉15与螺钉头处于相对位置的自由端，穿过一个设在此边中央与在轮毂法兰314中及在制动环法兰313中的通孔对齐的通孔。在此自由端上旋上螺母19，它通过夹紧片21在支承角架22上施加一个规定的夹紧力。基于其沿轴向可运动地安装，支承角架22可将此夹紧力通过图片11传递给制动环法兰313。
此外，在轮毂法兰314与制动环法兰313之间设一滑块23，滑块一侧配合准确地在制动环法兰313面对着的那一侧内相应的铣槽中沿径向导引，以及另一侧固定在轮毂法兰314的一个凹槽内。
图4表示制动盘的一个侧视图，在此图中制动环412在前面的摩擦面局部断开地表示。通过此大体一直延续到制动环412中面的破口，可以看到接片26的剖面，接片将制动环412彼此处于相对位置的摩擦面互相连接起来。
此外可以看出，制动环412在其内边缘有一个形式上为一些沿径向向内伸的凸块413的制动环法兰。这些凸块413固定在毂体416相应的凸块414上。
由图4还可看出，设计三个沿制动盘圆周按角向距离120°均匀分布的径向导引装置27a、27b、27c。这三个径向导引装置通过其共同作用，保证制动环412在热膨胀的情况下能沿径向运动，并与此同时保持相对于盘式制动器旋转轴线的定心。径向导引这样实现将与制动环法兰形封闭连接的滑块装在轮毂法兰相应地沿径向定向的导槽内，或将与毂的支承部分17形封闭连接的滑块装在制动环相应的沿径向定向的导槽内。其余的螺钉连接装置设计为在所有侧有适当的间隙，所以它们允许径向运动。
由在图5中表示的沿图4中折线V-V的剖面和图6至8可以看出制动盘内螺钉连接装置的结构。制动环412沿径向向内定向的凸块413借助螺钉15′与毂体416上的轮毂凸块414连接，其中，螺钉15′在与轮毂凸块414处于相对位置的端部固定在支承角架422内。因此，此结构基本上与图3所示的结构一致，但在这里支承角架422平行于轴线的短边旋转180°安置，并因而朝轮毂凸块414的方向。此外还可以看出，在制动环的凸块413与轮毂凸块414之间装一滑块423，滑块在凸块414的一个沿径向定向的槽内沿径向导引。钩状凸起25′(图6)和平行于轴线的槽24′(图8)的作用方式已借助于图3说明。
按本发明的盘式制动器的设计的优点是，毂体的一种实施形式可与不同的制动环(典型地直径范围从590至大于70mm)组合。同理，一种毂的设计可以与不同材料制的制动环一起使用，例如铝(毂体材料铝与含SiC颗粒的金属基复合材料的摩擦面)、CC-SiC(渗有SiC的碳纤维复合材料)、GG(灰铸铁)、GGG(球墨铸铁)或GS(铸钢)。
基于其简单的结构无需特殊工具可以完成此盘式制动器的装配。此外，由于这种凸块连接的设计以及由此留出的空隙，保证提高通风效率，这表现为更多的能量转换或延长蹄片的使用时间。因此在负荷相同时此制动环达到更长的使用寿命。
数字标注一览表10，10′，10″表面11圆片12，212，312，412 制动环13，213，313，413 制动环法兰113 通孔14，314，414 轮毂法兰114 通孔15，15′ 螺钉16，316，416 毂体17支承凸块18滑块19螺母20衬套21夹紧片22，422 支承角架23，423 滑块24，24′ 槽25，25′ 凸起26接片27a，27b，27c 径向导引装置215 铣槽118 槽
权利要求
1.尤其用于铁路机车车辆的盘式制动器的制动盘，包括一个毂体(16)，毂体有一个沿径向向外延伸带平行于轴线的通孔(114)的轮毂法兰(14、314、414)，通孔(114)内可装入螺钉(15、15′)，以便将制动环(12、212、312、412)的一个设置为与轮毂法兰(14、314、414)沿径向重叠和沿轴向相邻的制动环法兰(13、213、313、413)与毂体(16、316、416)连接起来，其特征为在至少一个通孔(114)处设支承部分(17、22、422)，它固定在毂体(16、316、416)上，在螺钉(15、15′)的端部穿过制动环法兰(13、213、313、413)后，通过此支承部分可支承螺钉端部。
2.按照权利要求1所述的制动盘，其特征为至少其中一个支承部分是在毂体(16)上构成的支承凸块(17)。
3.按照权利要求2所述的制动盘，其特征为支承凸块(17)有一个其中装衬套(20)的平行轴线的通孔(214)，其中，可通过衬套(20)导引穿过轮毂法兰(14)及制动环法兰(13、213)的螺钉，以及，衬套(20)在这种情况下一侧支靠在制动环法兰(13、213)上。
4.按照至少权利要求1至3之一所述的制动盘，其特征为在轮毂法兰(314、414)和/或在支承部分(17)上设至少三个沿周向均匀分布的径向导引装置(27a、27b、27c)，它们可与在制动环法兰(13、213、313、413)上相应的径向导引装置配合工作，以便在热膨胀的情况下沿径向导引制动环法兰和使之定心。
5.按照权利要求4所述的制动盘，其特征为径向导引装置(27a、27b、27c)分别设计为在轮毂法兰(314、414)上和/或在一个支承部分(有20的17)上的两个平行于径向延伸的表面，它们与制动环法兰(13、213、313、413)上对应的表面配合作用。
6.按照至少权利要求1至5之一所述的制动盘，其特征为至少其中一个支承部分设计为L形支承角架(22、422)，它在第一边内有一个用于穿过螺钉(15、15′)端部的通孔；以及，在毂体(316、416)上设轴向定向槽(24、24′)，支承角架(22)的第二边可装在此槽内。
7.尤其用于铁路机车车辆的盘式制动器的制动环，包括一个沿径向延伸具有平行于轴线的通孔的制动环法兰，螺钉可装入此通孔内，以便将毂体的一个设置为与制动环法兰沿径向重叠和沿轴向相邻的轮毂法兰与制动环连接起来，其特征为在至少一个通孔处设支承部分，它固定在制动环上，在螺钉的端部穿过轮毂法兰后，通过此支承部分可支承螺钉端部。
8.尤其用于铁路机车车辆的制动盘，包括一个毂体以及一个固定在毂体上的制动环，其特征为毂体(16、316、416)按权利要求1至6之一所述设计；和/或，制动环按权利要求7所述设计；以及，螺钉(15、15′)端部通过固定在毂体上或制动环上的支承部分(17、22、422)支承。
9.按照权利要求1至8之一所述尤其用于铁路机车车辆的制动盘，其特征为螺钉(15、15′)设计为使螺钉(15、15′)的头部有一平面，通过它贴靠在毂的一个专门设计作为支承的凸缘上，此平面导致在螺母旋上和旋下时防螺钉转动，以及在螺钉头下面加上滚花，在螺钉(15、15′)安装在毂内时滚花嵌入安装孔内，由此使螺钉(15、15′)以牢固的紧配合固定在毂内。
全文摘要
本发明涉及一种铁路机车车辆用的制动盘，其中毂体(16)与制动环(12)按这样的方式互相用螺钉连接，即在制动过程允许制动环(12)相对于毂体(16)热膨胀。螺钉(15)穿过设在毂体(16)上的轮毂法兰(14)内和设在制动环(12)上的制动环法兰(13)内沿轴向对齐的通孔。按本发明，螺钉在其从制动环法兰(13)伸出的端部借助支承部分相对于毂体(16)固定，支承部分例如可以是一个整体地设计在毂体(16)上的支承凸块(17)或是一个固定在毂体上的支承角架，从而即使在热膨胀的情况下也能保证螺钉(15)平行于轴线的位置和制动环(12)的定心。螺钉(15)的支承间接地借助于可轴向移动的衬套(20)或通过插入毂上的一个槽内的支承角架进行。此外，规定制动环沿径向导引，这例如可通过衬套(20)在一滑块(18)内导引来实现。
文档编号F16D65/12GK1436286SQ01811283
公开日2003年8月13日 申请日期2001年5月30日 优先权日2000年6月16日
发明者沃尔夫冈·莱曼, 曼弗雷德·克罗内曼, 赫尔穆特·鲁珀特, 约翰·沃森 申请人:萨布沃科Bsi交通技术产品有限公司