DD156523A5 - Arbeitsverfahren fuer eine elektromotorische bremsbetaetigungsvorrichtung,insbesondere bei schienenfahrzeugen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

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DD156523A5 DD81227819A DD22781981A DD156523A5 DD 156523 A5 DD156523 A5 DD 156523A5 DD 81227819 A DD81227819 A DD 81227819A DD 22781981 A DD22781981 A DD 22781981A DD 156523 A5 DD156523 A5 DD 156523A5
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Helmut Korthaus
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren und eine elektromotorische Bremsbetaetigungsvorrichtung. Ziel ist die Optimierung der Bremskraefte und der weiche Ausgleich des Bremsbelagverschleisses sowie ein verschleissfreies und wartungsfreies Arbeiten der Vorrichtung. Dazu sind mechanische und elektrische Mittel zu kombinieren. Erfindungsgemaess wird der am Ende des Bremshubes auf die Bremsbacken wirkende Druck eines Federspeichers mittels eines elektromotorisch erzeugten Gegendruckes herabgesetzt, wobei konstant ein einstellbarer Bremsdruck beim Anlegen der Bremsbacken aufrechterhalten wird. Die Erfindung kann bei Reibungsbremsen, insbesondere Scheibenbremsen von Schienenfahrzeugen, eingesetzt werden.

Description

Berlin, den 3. 6. 1981 A A "I* AP F16D/227 819/1
22 7 819 · 58 852/2β
Arbeitsverfahren und elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung, insbesondere für Schienenfahrzeuge
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren und eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung, insbesondere für Schienenfahrzeuge, bei denen durch einen regelbaren Elektromotor mindestens mittelbar ein Federspeicher gespannt und zur Offenhaltung einer Bremse im gespannten Zustand gehalten wird, wobei zur Einleitung des Bremshubes der Elektromotor höchstens spannungslos wird, worauf der sich entspannende Federspeicher über Zug- bzw. Druckmittel die Bremse durch Anlegen der Bremsbacken schließt.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
In der DE-PS 25 12 785 und der CH-PS 612 134 sind Bremsen beschrieben, bei denen ein Federspeicher als Bestandteil der Nachstellvorrichtung vorgesehen ist. Der Verschleißausgleich erfolgt über mechanische Funktionselemente, wie Stellspindel und Stellglied. Federspeicher an sich sind grundsätzlich durch die DE-PS 15 84 136 bekannte.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung sind ein Arbeitsverfahren und eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung mit optimierten Bremskräften und weichem' stetigem Ausgleich des Bremsbackenverschleisses, wobei die Vorrichtung verschleißlos und wartungsfrei arbeiten soll·
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Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsverfahren und eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung, insbesondere für Schienenfahrzeuge, bei denen durch einen regelbaren Elektromotor mindestens mittelbar ein Federspeicher gespannt und zur Offenhaltung einer Bremse im gespannten Zustand gehalten wird, wobei zur Einleitung des Bremshubes der Elektromotor höchstens spannungslos wird, worauf der sich entspannende Federspeicher über Zug- bzw. Druckmittel die Bremse durch Anlegen der Bremsbacken.schließt, zu schaffen, bei denen der Bremsdruck durch die Kombination mechanischer und elektrischer Mittel optimal geregelt wird.
Erfindungsgemäß ist das Drehmoment des Motors bis zum Stillstand regelbar. Die Linearbewegung des Zug- bzw. Druckmittels, insbesondere eines Schubzugrohres eines Kugelgewindetriebs, ist auf einen Schleifer eines ersten Potentiometers übertragbar, wobei der Schleifer des ersten Potentiometers den Schleifer eines zweiten Potentiometers nach Überschreiten eines vorgegebenen Weges über einen Mitnehmer-mit- bzw. nachschleppt. Beide Potentiometer bilden mit ihren Schleifern eine Wheatstone'sehe Brücke, welche bei Abgleich ein Signal zur Abschaltung des Motors und Einschaltung seiner, Elektromagnetbremse erzeugt.
Der Schleifer des zweiten Potentiometers ist unter Zartfall des Mitnehmers willkürlich einstell- und regelbar. Das zweite Potentiometer ist vom ersten Potentiometer räumlich getrennt angeordnet, so z. B. in einem die Steuereinheit für die Bremsbetätigung enthaltenen Schaltgehäuse.
Das zweite Potentiometer kann durch einen festen Widerstand gleicher Größe mit einem festen Abgriff, z, B. dort, wo sonst der Schleifer angeordnet ist, ersetzt werden, wobei das
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erste Potentiometer und der feste Widerstand eine Wheatstone*sehe Brücke mit Schleifer und festem Abgriff als Brückenabgleich bilden.
Als Haltebremse ist eine dem Motor zugeordnete Elektromagnetbremse vorgesehen, die durch ein elektrisches Schaltsignal im Öffnungssinne steuerbar ist. Der Motor liegt gleichzeitig oder verzögert an einer Spannung an, die zu Beginn gleich oder kleiner als die normale Betriebsspannung und entsprechend dem größer werdenden Bremshub verringerbar ist, wobei diese Spannungsabnahme linear oder nach einer nichtlinearen Punktion, z. B. mittels des Schleifers des ersten Potentiometers, steuerbar ist0
Ausführungsbeispiel
Die Wirkungsweise und der konstruktive Aufbau des Erfindungsgegenstandes v/erden nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Z eichnung zeigen:
Pig. 1: ein Schnittbild des Aufbaues einer elektromotorischen Bremsbetätigungsvorrichtung mit ihren wesentlichen mechanischen und elektrischen Teilen;
Pig. 2: die Kraft-Weg-Kennlinie eines Pederspeichers 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 Pig. 1 er-.gibt $
Pig. 3ί den praktischen Zusammenbau der beiden Potentiometer, die über ein Untersetzungsgetriebe von dem hinteren freien Wellenende des Motors verdreht werden.
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In Pig. 1 ist ein Elektromotor 1 dargestellt, vorzugsweise ein Gleichstromhauptschlußmotor von z. B, 24 Volt Betriebsspannung. Die Welle dieses Motors 1 ist mit einem Kugelgewindetrieb mit einer Gewindespindel 2 und einer Mutter 3 gekuppelte 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 eine Feder aus einem Gehäuse 6 gedrückt. Der Motor 1 dagegen drückt die Feder 23 über den Kugelgewindetrieb mit Gewindespindel 2 und Mutter 3 zusammen und zieht das Schubzugrohr 7 in das Gehäuse 6 zurück. Diese Einheit bildet einen Federspeicher 5φ
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 eine in den Motor 1 eingebaute oder an seine Welle angebaute Elektromagnetbremse 18 liegt an Spannung und verhindert eine Ausdehnung des Federspeichers 5, weil der Kugelgewindetrieb mit Gewindespindel 2 und Mutter durch die Elektromagnetbremse 18 an einer Drehung gehindert wird ·
Schleifer 11 und 12 von zwei Poten-tiometern 9 und 10, nämlich des ersten Potentiometers 9 und des zweiten Potentiometers 10, stehen auf gleicher Höhe, wie in Fig. 1 für die Ausgangsposition bei neuen Bremsbacken 20 in durchgezogener Z^eichnungsdarstellung kenntlich gemacht ist. Die von den beiden Potentiometern 9 und 10 gebildete Wheatstone'sehe Brücke ist über die Schleifer 11 und 12 abgeglichen» Die Spannung zwischen den Eingangsklemmen K- und K« ist Null
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und über die in einem 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 K-, einen elektrischen Bremsimpuls, der die Elektromagnetbremse des Motors 1 lüftet.
Die Peder 23 drückt daraufhin den Pederteller 4 auswärts, v/eil der Kugelgewindetrieb mit Gewindespindel 2 und Mutter 3 samt Rotor des Motors 1 nicht mehr an einer Drehung gehindert ist und infolge des hohen Wirkungsgrades im Kugelgewindetrieb den Weg des Pedertellers 4 nach außen nicht behindert.
Durch den Pederteller 4 in Pig. 1 wird der Schleifer 11 des ersten Potentiometers 9 mitgenommen; eine Spannung E^ am ersten Potentiometer 9 verkleinert sich proportional zum Weg des Pedertellers 4, gleich dem Bremshub
Die Spannung E-n gemäß Pig. 1 wird über einen hoch ohmig en Widerstand 16 an Klemmen Kf-, Kg eines Verstärkers 15 bekannter Bauart gelegt„ Der Widerstand 16 ist so hoch gewählt, daß er den Abgleich der niederohmigeren Brückenschaltung mit den Potentiometern 9 und 10 praktisch nicht stört.
Von Ausgangsklemmen K~, Kg des Verstärkers 15 wird nunmehr der Motor 1 über das Schaltgehäuse 14 an eine der Spannung E proportionale Gleichspannung gelegt und entwickelt während des Bremshubes S=B,,. von 10 mm (Pig. 1 und 2) ein Drehmoment, das über den Kugelgewindetrieb in eine der Kraft des Pederspeichers 5 entgegenwirkende Kraft umgewandelt wird. Die nach außen auf das Auge 8 wirkende Kraft wird daher, wie aus Pig. 2 zu erkennen ist, von P = 450 dal durch die Spannung E^, die am ersten Potentiometer 9 von z. B0 8 Volt auf 6 Volt sinkt j auf Pg = 200 dal1! reduziert»
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Zum besseren Verständnis der Pig. 2 muß gesagt werden, daß die linke P-Ordinate und die rechte E^-Ordinate korrelieren,
do h0 PE = 200 daN unterhalb P^ wird durch Eg.=
6 Volt erreicht, Pß s 200 dalT unterhalb Pn+1 wird durch
2,2 Volt erreicht und unterhalb Ρ-™ λ
Hi— I
1 Volt erreicht
P™ = 200 dall unterhalb P^ Λ wird durch ΕΏ =
Demzufolge bleiben die Beschleunigungs- und Verzögerungswerte für den Bremshub praktisch über den gesamten nutzbaren Weg des Federspeichers 5 konstant, was sehr wesentlich ist.
Da Pig. 2 keinen Zeitmaßstab enthält, sei vermerkt, wie auch später eingehend erläutert, daß der Abfall von P nach P-, bzw ο T nach P1-, oder Ρ™ Λ - P13, nicht linear mit dem zeitlichen Bremshub B„r verlaufen muß. Pig. 2 stellt lediglich die Absenkung der Bremskraft auf den Schließdruck P^ nach durchlaufenem Bremshub daro Die gleiche Peststellung gilt für den Verlauf P-j gegen P bzw. P ., gegen Pn und P^· gegen Pg-^ ·
Durch das von der Spannung E-n gesteuerte Drehmoment des Motors 1 wird die Geschwindigkeit des Bremshubes B1^ gleichzeitig günstig beeinflußt, d. h.7der Federspeicher 5 arbeitet nicht schlagartig,.sondern fährt mit gesteuerter Geschwindigkeit, d. h. in der Regel weich, in die Bremsstellung. Durch entsprechenden Schaltungsaufbau des Verstärkers 15 kann diese Geschwindigkeit beliebigen Anforderungen, zo B. bei sich ändernden Wagengewichten, angepaßt werden,.
Der Verstärker 15 1st mit einem zusätzlichen Überwachungsglied, z. B. Drehzahlüberwachungs~ und Abschaltvorrichtung gernäß DE-PS 22 09 001 ausgerüstet, das nach durchlaufenem Bremshub, nachdem also die Bremsbacken 20 mit 200 daN an-
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gepreßt werden und das Fahrzeug zum Stillstand gelangt ist, die Spannung Εβ abschaltet. Der Motor 1 wird daraufhin stromlos; seine eingebaute Elektromagnetbremse 18 bleibt ebenfalls stromlos, d. h0 offen. Im Stillstand des Fahrzeuges bei aufgelegter Bremse wird dadurch die höhere Brems kraft P1 bzw. Pn+1 (Fig. 2) wirksam.
Soll die Bremse gelöst werden, erhält das Schaltgehäuse 14 über eine Klemme K, 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 P- nach P 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 P™ = 200 dal und Ρ- in Fig. 2 bei aufliegenden bzw, angelegten Bremsbacken 20 durch Regeln der an dem IvIotor 1 anliegenden Spannung E^ zwischen 6 und 8 Volt willkürlich verändern zu können. Das bedeutet, daß die Federspeicherbremse nach der vorliegenden Erfindung nicht nur als Sicherheits- und Haltebremse, sondern gleichzeitig auch als Regelbremse und als Notbremse verwendet werden kann. Der selbsttätig^ Ausgleich des Bremsbackenverschleißes ist nach der bisher erläuterten Wirkungsweise leicht verständlich: Der Schleifer 11 des ersten Potentiometers 9 fährt entsprechend dem Verschleiß tiefer und nimmt über einen Mitnehmer 13 den Schleifer 12 des zweiten Potentiometers 10 um den gleichen Weg mite Beim Bremslösevorgang wird das Gleichgewicht der Wheatstone'sehen Brücke dann um diese Verschleißspanne eher erreicht, d. h.; der Federteller 4 kommt früher zum Stillstand.
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In Pig. 2 sind zur Verdeutlichung eine Mittelstellung Pn : Pn+1 und die Endstellung Pg : Pg_^ dargestellt, bei der die Bremsbacken 20 erneuert werden müssen und das zweite" Potentiometer 10 wieder in die P0-Lage verstellt werden muß. In Pig. 1 sind nur die Stellungen P^ , P * und P-™ mit den zugehörigen Stellungen der Schleifer 11 und 12 gestrichelt dargestellt,.
Im Verlaufe einer Lebensdauer der Bremsbacken 20 verschiebt sich also der Bremshub B^ auf der Gewindespindel 2, das bedeutet, daß der Motor 1 seine größte Leistung bei erneuerten Bremsbacken 20 erbringen muß und daß.diese danach stetig absinkt.
Eine interessante Abwandlung des Erfindungsgedankens ergibt sich im übrigen dann, wenn statt des zweiten Potentiometers 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 Wheatstone1sehe Brücke, die immer nur dann abgeglichen ist, wenn der Federteller 4 in seine oberste Lage P 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 P„ durchfahren wird, obgleich die Federkraft von ΡΛ auf
Δ 7 O
P™ 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
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die Ansprechempfindlichkeit auf den Bremsbackenverschleiß, Versuche haben ergeben, daß die Ansprechempfindlichkeit unter Verwendung handelsüblicher Teile den praktischen Anforderungen genügte
Eine weitere interessante Einsatzmöglichkeit des Erfindungsgegenstandes ergibt sich,,wenn 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 Β», veränderbar und es könnte ein Manipulator oder Greifer verschieden weit geöffnet v/erden und trotzdem immer mit gleicher, ebenfalls durch E-n bestimmbarer Kraft zupacken.
Es ist atfch möglich, durch ein nichtlineares erstes Potentiometer 9 die Kraft über die nichtlinieare Änderung von E^ 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 dem hinteren Wellenende des Motors 1 ein Untersetzungsgetriebe 17 in den Kraftfluß eingeschaltet ist»

Claims (4)

  1. 58 852/26 - 10 -
    Erfindungsanspruch
    1. Arbeitsverfahren für eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung, insbesondere bei Schienenfahrzeugen, bei welchem durch einen regelbaren Elektromotor mindestens mittelbar ein Federspeicher gespannt und zur Offenhaltung einer Bremse im gespannten Zustand gehalten wird, wobei zur Einleitung des Bremshubes der Elektromotor höchstens spannungslos wird, worauf der sich entspannende Federspeicher über Zug- bzw. Druckmittel die Bremse durch Anlegen der Bremsbacken schließt, gekennzeichnet dadurch, daß der am Ende des Bremshubes IU auf Bremsbacken (20) wirkende Federspeicherdruck mittels eines elektromotorisch erzeugten Gegendruckes herabgesetzt wird, wobei unabhänging vom Entspannungsweg des Federspeichers (5) und unabhängig vom Bremsbackenverschleiß immer der gleiche und im übrigen einstellbare Bremsdruck beim Anlagen der Bremsbacken (20) aufrechterhalten wirdo
    2e Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, mit einem Federspeicherbremszylinder und einem regelbaren Elektromotor, mittels welchem unter Zwischenschaltung eines Getriebes, insbesondere eines Kugelgewindetriebs, der Federspeicher spannbar ist, der im gespannten Zustand eine Bremse geöffnet hält und der, sich bei spannungslosem Motor entspannend, über Zug- bzw. Druckmittel die Bremse durch Anlegen ihrer Bremsbacken schließt, gekennzeichnet dadurch, daß das Drehmoment des Motors (1) bis zum Stillstand regelbar ist, daß die Linearbewegung des Zug- bzw. Druckmittels, insbesondere eines Schub-Zugrohres (7) des Kugelgewindetriebs mit einer Gewindespindel (2) und einer Mutter (3) auf einen Schleifer (11) eines ersten Potentiometers (9) übertragbar ist, wobei der Schleifer (11) des ersten Potentiometers (9) mit dem Schleifer (12)
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    eines zweiten Potentiometers (10) nach Überschreiten eines vorgegebenen Weges des .Bremshubes (B^) über einen Mitnehmer (13) mit- bzw. nachschleppbar verbunden ist und daß beide Potentiometer (9; 10) mit ihren Schleifern (11; 12) als eine, bei Abgleich ein Signal zur Abschaltung des Motors (1) und Einschaltung einer Elektromagnetbremse, (18) erzeugende, Wheatstone1sehe Brücke angeordnet sind ο
  2. 3. Elektromotorische, Bremsbetätigungsvorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Schleifer (12) des zweiten Potentiometers (10) unter Portfall des Mitnehmers (13) willkürlich einstell- und regelbar ist.
  3. 4. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß das zweite Potentiometer (10), vom ersten Potentiometer (9) räumlich getrennt, vorzugsweise in einem die Steuereinheit für die Bremsbetätigung beinhaltenden Schaltgehäuse (14) angeordnet ist.
    Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Punkt 2 oder einem der folgenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß das zweite Potentiometer (10) durch einen festen Widerstand gleicher Größe mit einem festen Abgriff, z. B. bei Schleifer (12), ersetzt ist, wobei das Potentiometer (9) und der feste Widerstand (10) als Wheatstone'sche Brücke mit Schleifer (11) und festem Abgriff als Brückenabgleich angeordnet sind.
  4. 6. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Punkt 2 oder einem der folgenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß als Haltebremse eine dem Motor (1) zugeordnete Elektromagnetbremse (18) durch ein elektrisches Schaltsignal im Öffnungssinne steuerbar ist, wobei der
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    Motor (1) gleichzeitig oder verzögert an einer Spannung (E-n) liegt, die zu Beginn gleich oder kleiner als die normale Betriebsspannung ist und entsprechend dem größer werdenden Bremshub (Byr) verringerbar ist, wobei diese Spannungsabnähme linear oder nach einer nichtlinearen Punktion, z. B. mittels des Schleifers (11) des ersten Potentiometers (9)» steuerbar ist. -
    Hierzu 2 Seiten Zeichnungen
DD81227819A 1980-03-18 1981-02-23 Arbeitsverfahren fuer eine elektromotorische bremsbetaetigungsvorrichtung,insbesondere bei schienenfahrzeugen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens DD156523A5 (de)

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