CH655066A5 - Elektromotorische bremsbetaetigungsvorrichtung und verfahren zum betrieb derselben. - Google Patents

Elektromotorische bremsbetaetigungsvorrichtung und verfahren zum betrieb derselben. Download PDF

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Helmut Korthaus
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Description

Die Erfindung betrifft zunächst eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung gemäss dem Oberbegriff der Ansprüche 1,2 und 4, welche insbesondere bei Schienenfahrzeugen verwendet wird.
Bei vorbekannten Geräten dieser Art ist die Forderung, den Verschleiss der Bremsbacken automatisch auszugleichen, bisher auf mechanischem Wege gelöst worden (s. DE-PS 2 512 786 bzw. CH-PS 612 134). Federspeicher der eingangs genannten Art sind grundsätzlich durch die DE-PS 1 584 136 bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist der Ersatz der verschleissbehafteten mechanischen Nachstellvorrichtung, die zudem aufwendig, raumbeanspruchend und nicht wartungsfrei ist, durch eine verschleisslose und wartungsfreie elektrische Nachstellung. Weiterhin soll ein sehr feinfühliger, stetiger Ausgleich des Bremsbackenverschleisses infolge Fehlens jeglicher mechanischer Verstellimpulse bei Aufrechterhaltung eines unveränderten Bremsdruckes erzielt werden.
Ausgehend von der bekannten elektromotorischen Bremsbetätigungsvorrichtung (DE-PS 2 512 786 bzw. CH-PS 612 134) gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2 bzw. 4, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verschleisslose und wartungsfreie Bremsbetätigungsvorrichtung zu schaffen. Diese Aufgabe wurde entsprechend der Erfindung dadurch gelöst, dass das Drehmoment des Motors bis zum Stillstand regelbar ist, dass die Linearbewegung des Zug- oder Druckmittels, insbesondere eines Schub-Zugrohres des Kugelgewindetriebs, auf einen Schleifer eines ersten Potentiometers übertragbar ist, wobei der Schleifer des ersten Potentiometers den Schleifer eines zweiten Potentiometers nach Überschreiten eines vorgegebenen Weges über einen Mitnehmer nachschleppt und dass beide Potentiometer mit ihren Schleifern eine Wheatstone'sche Brücke bilden, welche bei Abgleich ein Signal zur Abschaltung des
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Motors und Einschaltung einer Haltebremse des Motors erzeugt. Alternative Lösungen sind in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 2 bzw. 4 aufgeführt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb der Bremsbetätigungsvorrichtung, bei welchem durch einen regelbaren Elektromotor ein Federspeicher gespannt und zur Offenhaltung einer Bremse im gespannten Zustand gehalten wird, wobei zur Einleitung des Bremshubes der Elektromotor spannungslos wird, worauf der sich entspannende Federspeicher über Zug- oder Druckmittel die Bremse durch Anlegen der Bremsbacken schliesst.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der am Ende des Bremshubes auf die Bremsbacken wirkende Federspeicherdruck mittels eines elektromotorisch erzeugten Gegendrucks herabgesetzt wird, wobei unabhängig vom Entspannungsweg des Federspeichers und unabhängig vom Bremsbackenverschleiss immer der gleiche und im übrigen einstellbare Bremsdruck beim Anlegen der Bremsbacken aufrechterhalten wird.
Die Wirkungsweise und der konstruktive Aufbau des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend in den Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert:
Fig. 1 zeigt in einem Schnittbild den Aufbau einer elektromotorischen Bremsbetätigungsvorrichtung mit ihren wesentlichen mechanischen und elektrischen Teilen;
Fig. 2 zeigt die Kraft-Weg-Kennlinie eines Federspeichers und den gleichbleibenden Bremshub- und Löseweg entlang dieser Kennlinie bei verschleissenden Bremsbacken, wie er sich aus einem elektrisch gesteuerten Brems- und Lösevorgang in Anlehnung an Fig. 1 ergibt;
Fig. 3 zeigt den praktischen Zusammenbau der beiden Potentiometer, die über ein Untersetzungsgetriebe von dem hinteren freien Wellenende des Motors verdreht werden.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Elektromotor bezeichnet, vorzugsweise ein Gleichstromhauptschlussmotor von z. B. 24 Volt Betriebsspannung. Die Welle dieses Motors ist mit einem Kugelgewindetrieb 2, 3 mit einer Gewindespindel 2 und einer Mutter 3 gekuppelt. Die Mutter 3 ist kraft- und formschlüssig in einem Federteller 4 untergebracht, der sich in einem Schubzugrohr 7 fortsetzt, dessen Auge 8 mit einem nur schematisch im Verhältnis verkleinert dargestellten Bremsgestänge 19 verbunden ist, dessen Bremsbacken 20 auf eine ebenfalls nur schematisch dargestellte Bremsscheibe 21 auf einer Achse 22 einwirken können. Das Schubzugrohr 7 wird durch die Feder 23 nach aussen aus dem Gehäuse 6 gedrückt. Der Motor 1 dagegen drückt die Feder 23 über den Kugelgewindetrieb 2, 3 zusammen und zieht das Schubzugrohr 7 in das Gehäuse 6 zurück. Der Federspeicher insgesamt ist mit der Bezugsziffer 5 bezeichnet.
In der Fig. 2 ist der Federweg S = O die Stellung des maximal gespannten Federspeichers 5 so, wie auch in Fig. 1 die Ausgangslage gezeichnet ist. In dieser Stellung des Federspeichers 5 sind die Bremsbacken 20 gelöst, der Motor 1 ist spannungslos, und die in den Motor eingebaute oder an seine Welle angebaute Elektromagnetbremse 18 liegt an Spannung und verhindert eine Ausdehnung des Federspeichers 5, weil der Kugelgewindetrieb 2, 3 durch die Elektromagnetbremse 18 an einer Drehung gehindert wird.
Die Schleifer 11 und 12 der beiden Potentiometer 9 und 10, nämlich eines ersten Potentiometers 9 und eines zweiten Potentiometers 10, stehen auf gleicher Höhe, wie in Fig. 1 für die Ausgangsposition bei neuen Bremsbacken 20 in durchgezogener Zeichnungsdarstellung kenntlich gemacht ist. Die von den beiden Potentiometern 9 und 10 gebildete Wheatstone'sche Brücke ist über die Schleifer 11,12 abgeglichen. Die Spannung zwischen den Eingangsklemmen Kj und K2 ist Null und über die in dem Schaltgehäuse 14 befindliche Steuerung ist der Motor 1 deshalb abgeschaltet, während die Elektromagnetbremse 18 eingeschaltet ist. Die Bremse 20 ist gelöst, das nicht dargestellte Fahrzeug fährt. Zur Einleitung des Bremshubes erhält das Schaltgehäuse 14 über die Klemme K3 einen elektrischen Bremsimpuls, der die Elektromagnetbremse 18 des Motors 1 lüftet.
Die Feder 23 drückt daraufhin den Federteller 4 auswärts, weil der Kugelgewindetrieb 2,3 samt Rotor des Motors 1 nicht mehr an einer Drehung gehindert ist und infolge des hohen Wirkungsgrades im Kugelgewindetrieb den Weg des Federtellers 4 nach aussen nicht behindert.
Durch den Federteller 4 in Fig. 1 wird der Schleifer 11 des ersten Potentiometers 9 mitgenommen; die mit EB bezeichnete Spannung am ersten Potentiometer 9 verkleinert sich proportional zum Weg des Federtellers 4, gleich dem Bremshub Bw.
Die Bremsspannung EB gemäss Fig. 1 wird über einen hochohmigen Widerstand 16 an die Klemmen Ks, K6 eines Verstärkers 15 bekannter Bauart gelegt. Der Widerstand 16 ist so hoch gewählt, dass er den Abgleich der niederohmige-ren Brückenschaltung 9,10 praktisch nicht stört.
Von den Ausgangsklemmen K7, K8 des Verstärkers 15 wird nunmehr der Motor 1 über das Schaltgehäuse 14 an eine der Spannung EB proportionale Gleichspannung gelegt und entwickelt während des Bremshubes S = Bw von 10 mm (Fig. 1 und 2) ein Drehmoment, das über den Kugelgewindetrieb 2, 3 in eine der Kraft des Federspeichers 5 entgegenwirkende Kraft umgewandelt wird. Die nach aussen auf das Auge 8 wirkende Kraft wird daher, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, von P0 = 450 daN durch die Spannung EB, die am ersten Potentiometer 9 von z. B. 8 Volt auf 6 Volt sinkt, auf PE = 200 daN reduziert.
Zum besseren Verständnis der Fig. 2 muss gesagt werden, dass die linke P-Ordinate und die rechte EB-Ordinate korrelieren, d.h.
PE = 200 daN unterhalb Pj wird durch EB = 6 Volt erreicht,
PE = 200 daN unterhalb Pn+1 wird durch EB = 2,2 Volt erreicht und
PE = 200 daN unterhalb PE., wird durch EB = 1 Volt erreicht.
Demzufolge bleiben die Beschleunigungs- und Verzögerungswerte für den Bremshub praktisch über den gesamten nutzbaren Weg des Federspeichers 5 konstant, was sehr wesentlich ist.
Da Fig. 2 keinen Zeitmassstab enthält, sei vermerkt, wie auch später eingehend erläutert, dass der Abfall von PQ nach PE bzw. Pn nach PE oder PE , — PE nicht linear mit dem zeitlichen Bremshub Bw verlaufen muss. Fig. 2 stellt lediglich die Absenkung der Bremskraft auf den Schliessdruck PE nach durchlaufenem Bremshub dar. Die gleiche Feststellung gilt für den Verlauf Pj gegen P0 bzw. Pn+1 gegen Pn und PE gegen PE_,.
Durch das von EB gesteuerte Drehmoment des Motors 1 wird die Geschwindigkeit des Bremshubes gleichzeitig günstig beeinflusst, d.h. der Federspeicher 5 arbeitet nicht schlagartig, sondern fahrt mit gesteuerter Geschwindigkeit, d.h. in der Regel weich, in die Bremsstellung. Durch entsprechenden Schaltungsaufbau des Verstärkers 15 kann diese Geschwindigkeit beliebigen Anforderungen, z. B. bei sich ändernden Wagengewichten, angepasst werden.
Der Verstärker 15 ist mit einem zusätzlichen Überwachungsglied, z. B. Drehzahlüberwachungs- und Abschaltvorrichtung gemäss DE-PS 22 09 001 ausgerüstet, das nach durchlaufenem Bremshub, nachdem also die Bremsbacken 20 mit 200 daN angepresst werden und das Fahrzeug zum Stillstand gelangt ist, die Spannung EB abschaltet. Der Motor 1 wird daraufhin stromlos; seine eingebaute Magnet5
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bremse 18 bleibt ebenfalls stromlos, d.h. offen. Im Stillstand des Fahrzeuges bei aufgelegter Bremse wird dadurch die höhere Bremskraft Pj bzw. Pn+1 (Fig. 2) wirksam.
Soll die Bremse gelöst werden, erhält das Schaltgehäuse 14 über die Klemme K4 den Impuls «Lüften», wodurch der Motor 1 seine volle Betriebsspannung von 24 Volt erhält und den Federteller 4 wieder in seine Ausgangslage, d.h. von Pj nach P0 bzw. von Pn+1 nach Pn (Fig. 2) fährt. Nach Beendigung dieses Hubes sind die beiden Potentiometer 9 und 10 (Fig. 1) dann wieder abgeglichen; der Motor 1 wird daher von der Steuerung im Schaltergehäuse 14 abgeschaltet und seine Elektromagnetbremse 18 eingeschaltet. Das Fahrzeug kann wieder fahren.
Nicht unerwähnt bleiben soll noch die Möglichkeit, mittels geeigneter Steuerimpulse die Bremskraft zwischen PE = 200 daN und Pt in Fig. 2 bei aufliegenden bzw. angelegten Bremsbacken 20 durch Regeln der an dem Motor 1 anliegenden Spannung EB zwischen 6 und 8 Volt willkürlich verändern zu können. Das bedeutet, dass die Federspeicherbremse nach der vorliegenden Erfindung nicht nur als Sicherheitsund Haltebremse, sondern gleichzeitig auch als Regelbremse und als Notbremse verwendet werden kann. Der selbsttätige Ausgleich des Bremsbackenverschleisses ist nach der bisher erläuterten Wirkungsweise leicht verständlich: Der Schleifer 11 des ersten Potentiometers 9 fährt entsprechend dem Ver-schleiss tiefer und nimmt über den Mitnehmer 13 den Schleifer 12 des zweiten Potentiometers 10 um den gleichen Weg mit. Beim Bremslösevorgang wird das Gleichgewicht der Wheatstone'schen Brücke dann um diese Verschleissspanne eher erreicht, d. h. der Federteller 4 kommt früher zum Stillstand.
In Fig. 2 sind zur Verdeutlichung eine Mittelstellung Pn : Pn+I und die Endstellung PE : PE_, dargestellt, bei der die Bremsbacken 20 erneuert werden müssen und das zweite Potentiometer 10 wieder in die P0-Lage verstellt werden muss. In Fig. 1 sind nur die Stellungen Pj, Pn+ j und PE mit den zugehörigen Stellungen der Schleifer 11 und 12 gestrichelt dargestellt.
Im Verlaufe einer Lebensdauer der Bremsbacken 20 verschiebt sich also der Bremshub Bw auf der Spindel 2, das bedeutet, dass der Motor 1 seine grösste Leistung bei erneuerten Bremsbacken 20 erbringen muss und dass diese danach stetig absinkt.
Die Erfindung betrifft ferner eine interessante Abwandlung der Bremsbetätigungsvorrichtung, worin statt des zweiten Potentiometers 10 nur ein fester Widerstand verwendet wird. Der Schleifer 12 und der Mitnehmer 13 entfallen hierbei. Der Schleifer 11 bildet dann mit dem jetzt festen Abgriff anstelle des Schleifers 12 eine Wheatstone'sche Brücke, die immer nur dann abgeglichen ist, wenn der Federteller 4 in seine oberste Lage P0 zurückfährt. Dies bedeutet, dass unter Beibehaltung aller übrigen vorbeschriebenen Steuer- und Regelvorgänge der volle Federweg S nach Fig. 1 und 2 mit gleichbleibend wirkender Kraft PE durchfahren wird, obgleich die Federkraft von P0 auf PE absinkt.
Diese so erzielte Eigenschaft macht die Verwendung der erfindungsgemässen Anordnung mit dem Federspeicher 5 für das Schliessen und Öffnen von Türen und Toren möglich, wenn ein gleichbleibender geringer Schliessdruck gefordert wird, um z. B. eingeklemmte Personen oder Körperteile nicht zu verletzen.
Das Auflösungsvermögen der Potentiometer 9 und 10 (Fig. 3) in Verbindung mit der Konstanz des Verstärkers 15 bestimmt die Ansprechempfindlichkeit auf den Bremsbak-kenverschleiss. Versuche haben ergeben, dass die Ansprechempfindlichkeit unter Verwendung handelsüblicher Teile den praktischen Anforderungen genügt.
Die Erfindung betrifft ferner eine weitere interessante Ausführung der Bremsbetätigungsvorrichtung, worin das zweite Potentiometer 10 bestehen bleibt, aber die Mitnahmevorrichtung 13 entfällt, so dass das zweite Potentiometer 10 in einem räumlich entfernten Steuergehäuse angeordnet sein kann. Durch willkürlich geregelte Veränderung der Stellung des Schleifers 12 würde der Weg Bw veränderbar und es könnte ein Manipulator oder Greifer verschieden weit geöffnet werden und trotzdem immer mit gleicher, ebenfalls durch Eb bestimmbarer Kraft zupacken.
Es ist auch möglich, durch ein nichtlineares erstes Potentiometer 9 die Kraft über die nichtlineare Änderung von EB ebenfalls nicht linear zu ändern.
Der Vollständigkeit halber soll noch festgehalten werden, dass anstelle der Potentiometer 9 und 10 auch elektronische Stellungsmelder mit dem üblichen Ausgangssignalbereich von z.B. 0-20 mA verwendet werden können, wenn die Steuerung des Manipulatorsystems bereits diese Signale verarbeitet.
Ergänzend bleibt noch zu erwähnen, dass zwischen einem den Schleifer 11 antreibenden Wellenabschnitt gemäss Fig. 3 und einem hinteren Wellenende des Motors 1 ein Untersetzungsgetriebe 17 in den Kraftfluss eingeschaltet ist.
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1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

655 066 PATENTANSPRÜCHE
1. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung, mit einem Federspeicherbremszylinder und einem regelbaren Elektromotor, mittels welchen unter Zwischenschaltung eines Getriebes der Federspeicher spannbar ist, der im gespannten Zustand eine Bremse geöffnet hält und der, sich bei spannungslosem Motor entspannend, über Zug- oder Druckmittel die Bremse durch Anlegen ihrer Bremsbacken schliesst, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment des Motors (1) bis zum Stillstand regelbar ist, dass die Linearbewegung des Zug- oder Druckmittels auf einen Schleifer (11) eines ersten Potentiometers (9) übertragbar ist, wobei der Schleifer (11) des ersten Potentiometers (9) den Schleifer (12) eines zweiten Potentiometers (10) nach Überschreiten eines vorgegebenen Weges (Bw) über einen Mitnehmer (13) nachschleppt, und dass beide Potentiometer (9, 10) mit ihren Schleifern (11,12) eine Wheatstone'sche Brük-ke bilden, welche bei Abgleich ein Signal zur Abschaltung des Motors (1) und Einschaltung einer Haltebremse (18) des Motors (1) erzeugt.
2. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung, mit einem Federspeicherbremszylinder und einem regelbaren Elektromotor, mittels welchen unter Zwischenschaltung eines Getriebes der Federspeicher spannbar ist, der im gespannten Zustand eine Bremse geöffnet hält und der, sich bei spannungslosem Motor entspannend, über Zug- oder Druckmittel die Bremse durch Anlegen ihrer Bremsbacken schliesst, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment des Motors (1) bis zum Stillstand regelbar ist, dass die Linearbewegung des Zug- oder Druckmittels auf einen Schleifer (11) eines ersten Potentiometers (9) übertragbar ist, dass ein Schleifer (12) eines zweiten Potentiometers (10) willkürlich einstell- und regelbar ist, sodass nach Überschreiten eines veränderbar vorgegebenen Weges (Bw) beide Potentiometer (9,10) mit ihren Schleifern (11,12) eine Wheatstone'sche Brücke bilden, welche bei Abgleich ein Signal zur Abschaltung des Motors (1) und Einschaltung einer Haltebremse (18) des Motors (1) erzeugt.
3. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung,
nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Potentiometer (10), vom ersten Potentiometer (9) räumlich getrennt, vorzugsweise in einer Bremsbetätigungs-Steuereinheit (14), angeordnet ist.
4. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung, mit einem Federspeicherbremszylinder und einem regelbaren Elektromotor, mittels welchen unter Zwischenschaltung eines Getriebes der Federspeicher spannbar ist, der im gespannten Zustand eine Bremse geöffnet hält und der, sich bei spannungslosem Motor entspannend über Zug- oder Druckmittel die Bremse durch Anlegen ihrer Bremsbacken schliesst, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment des Motors (1) bis zum Stillstand regelbar ist, das die Linearbewegung des Zug- oder Druckmittels auf einen Schleifer (11) eines Potentiometers (9) übertragbar ist, dass ein fester Widerstand mit einem festen Abgriff (bei 12) besteht, wobei das Potentiometer (9) und der feste Widerstand (10) eine Wheatstone'sche Brücke bilden mit dem Schleifer (11) und dem festen Abgriff (bei 12) als Brückenabgleich, welche Brücke bei Abgleich ein Signal zur Abschaltung des Motors (1) und Einschaltung einer Haltebremse (18) des Motors (1) erzeugt.
5. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung,
nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Federspeicher unter Zwischenschaltung eines Kugelgewindetriebs (2,3) spannbar ist.
6. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung,
nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das
Zug- oder Druckmittel ein Schub-Zugrohr (7) des Kugelgewindetriebs ist.
7. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung,
nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Haltebremse eine dem Motor (1) zugeordnete Elektromagnetbremse (18) durch ein elektrisches Schaltsignal im Öffnungssinne steuerbar ist, wobei der Motor (1) gleichzeitig oder verzögert an einer Spannung (EB) liegt, die zu Beginn gleich oder kleiner als die normale Betriebsspannung ist und entsprechend dem grösser werdenden Bremshub (Bw) verringerbar ist, wobei diese Spannungsabnahme linear oder nach einer nichtlinearen Funktion, mittels des Schleifers (11) des ersten Potentiometers (9), steuerbar ist.
8. Verfahren zum Betrieb der Bremsbetätigungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche 1,2 oder 4, bei welchem durch einen regelbaren Elektromotor ein Federspeicher gespannt und zur Offenhaltung einer Bremse im gespannten Zustand gehalten wird, wobei zur Einleitung des Bremshubes der Elektromotor spannungslos wird, worauf der sich entspannende Federspeicher über Zug- oder Druckmittel die Bremse durch Anlegen der Bremsbacken schliesst, dadurch gekennzeichnet, dass der am Ende des Bremshubes auf die Bremsbacken wirkende Federspeicherdruck mittels eines elektromotorisch erzeugten Gegendrucks herabgesetzt wird, wobei unabhängig vom Entspannungsweg des Federspeichers (5) und unabhängig vom Bremsbackenverschleiss immer der gleiche und im übrigen einstellbare Bremsdruck beim Anlegen der Bremsbacken aufrechterhalten wird.
CH875/81A 1980-03-18 1981-02-10 Elektromotorische bremsbetaetigungsvorrichtung und verfahren zum betrieb derselben. CH655066A5 (de)

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