DE10135029A1

DE10135029A1 - Speicherbremsgerät insbesondere für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE10135029A1
Application number: DE2001135029
Authority: DE
Inventors: Joerg Dantlgraber
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-02-06

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Speicherbremsgerät, insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit, die einen einen Druckraum begrenzenden Arbeitskolben aufweist und die durch einen Kraftspeicher, insbesondere von einer mechanischen Feder, in Richtung Schließen der Bremse und durch einen hydraulischen Lüftungsdruck in einem Druckraum gegen die Kraft des Kraftspeichers in Richtung Lösen der Bremse verstellbar ist, und mit einer einen Elektromotor und eine von diesem antreibbare Hydropumpe umfassenden Primäreinheit, von der Druckflüssigkeit in den Druckraum der Kolben-Zylinder-Einheit verdrängbar ist. Bei einem bekannten Speicherbremsgerät dieser Art soll eine Regelung des Bremsvorganges mit Hilfe von mehreren Druckbegrenzungsventilen ermöglicht werden, die an den Druckraum der Kolben-Zylinder-Einheit angeschlossen sind. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Speicherbremsgerät so auszubilden, daß der Bremsvorgang besser gesteuert und der Lüftungsdruck genau eingestellt und mit geringen Energieverlusten gehalten werden kann. DOLLAR A Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Primäreinheit im Sinne einer Variation des Lüftungsdrucks einstellbar, insbesondere regelbar ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Speicherbremsgerät, das insbesondere für Schienenfahrzeuge verwendet wird und die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist.
Ein solches Speicherbremsgerät ist aus der DE 38 38 667 A1 bekannt. Dieses Speicherbremsgerät weist eine hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit, die einen einen Druckraum begrenzenden Arbeitskolben aufweist, der durch eine Schraubendruckfeder als Kraftspeicher in Richtung Schließen der Bremse und durch einen hydraulischen Lüftungsdruck in einem Druckraum gegen die Kraft der Schraubendruckfeder in Richtung Lösen der Bremse beaufschlagbar ist. Zum Lösen der Bremse muß Druckflüssigkeit in den Druckraum gefördert werden. Dafür wird eine herkömmliche Hydropumpe verwendet, die von einem Elektromotor antreibbar ist und die die zu fördernde Druckflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter ansaugt. Zum Schließen der Bremse wird ein zwischen dem Druckraum und dem Vorratsbehälter angeordnetes 2/2 Wegeventil in Durchgangsstellung gebracht. Bei dem bekannten Speicherbremsgerät soll, falls gewünscht, eine Regelung des Bremsvorganges dadurch ermöglicht werden, daß anstelle eines 2/2 Wegeventils mehrere Druckbegrenzungsventile verwendet werden. Wie das im einzelnen funktionieren soll, ist in der DE 38 38 667 nicht näher beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Speicherbremsgerät mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß der Bremsvorgang besser gesteuert und der Lüftungsdruck genau eingestellt und mit geringen Energieverlusten gehalten werden kann.

Das angestrebte Ziel läßt sich bei einem gattungsgemäßen Speicherbremsgerät nach der Erfindung dadurch erreichen, daß, wie dies im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben ist, die Primäreinheit im Sinne einer Variation des Lüftungsdrucks einstellbar, insbesondere regelbar ist. Bei einem erfindungsgemäßen Speicherbremsgerät läßt sich während eines Bremsvorgangs die Bremskraft nicht nur durch eine Erniedrigung des Lüftungsdruckes erhöhen, sondern zwischendurch auch wieder erhöhen, indem die Primäreinheit entsprechend angesteuert wird. Ist der gewünschte Lüftungsdruck erreicht, wird die Fördermenge der Primäreinheit null, so daß die Energieverluste gering sind

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Speicherbremsgeräts kann man den Unteransprüchen entnehmen.

Gemäß Patentanspruch 2 ist der Elektromotor einstellbar, insbesondere regelbar, und in seiner Drehrichtung umkehrbar. Die Hydropumpe kann dann eine kostengünstige Konstantpumpe sein. Insbesondere ist gemäß Patentanspruch 3 der Elektromotor in seinem Drehmoment einstellbar ist. Das vom Elektromotor ausgeübte Drehmoment entspricht jeweils einem bestimmten Lüftungsdruck. Zur Einstellung eines bestimmten Drehmoments kann der durch den Elektromotor fließende elektrische Strom gemessen werden.

Besonders bevorzugt wird eine Ausbildung gemäß Patentanspruch 4, wonach der Druck in dem Druckraum der Kolben-Zylinder-Einheit durch einen Drucksensor erfaßbar ist und von der Primäreinheit unter Einbeziehung des von dem Drucksensor erfaßten Druckes ein vorgegebener Druck einstellbar ist. Vorteilhafterweise wird der durch den Elektromotor fließende elektrische Strom so verändert, daß sich der gewünschte Druck einstellt.

Insbesondere bei einer Notbremsung ist eine schnelle Erniedrigung des im Druckraum anstehenden Lüftungsdruckes notwendig. Schneller als durch die Primäreinheit kann der Druck dann reduziert werden, wenn gemäß Patentanspruch 5 ein Niederdruckreservoir und Ventil vorhanden sind, über das der Druckraum mit dem Niederdruckreservoir verbindbar ist. Bei einer Notbremsung wird das Ventil in Durchgangsstellung gebracht und dadurch der Druckraum schnell zu Niederdruckreservoir entlastet. In der möglichen schnellen Reaktion der Bremse liegt ein besonderer Vorteil des hydraulischen Lüftens gegenüber einem aus der EP 0 129 969 bekannten Speicherbremsgerät, bei dem ein Elektromotor die Bremse über einen Gewindetrieb und eine Steuerfeder lüftet.

Mit Ventil zwischen dem Niederdruckreservoir und dem Druckraum kann auch eine Blockierschutzfunktion realisiert werden, wenn das Ventil bei Beginn der Blockierung eines Rades kurzzeitig bis zum richtigen Drehen des Rades wieder geschlossen wird. Die Blockierschutzfunktion kann noch dadurch verbessert werden, daß auch ein Hochdruckspeicher und ein Ventil vorhanden sind, über das der Druckraum mit dem Hochdruckspeicher verbindbar ist vorzugsweise ist der Druckraum über ein erstes 2/2-Wegeventil mit dem Niederdruckreservoir und über ein zweites 2/2-Wegeventil mit dem Hochdruckspeicher verbindbar ist. Solche Ventile können sehr schnell schaltend ausgebildet sein.

Die Hydropumpe ist gemäß Patentanspruch 8 bevorzugt eine Plungerpumpe mit einem in Achsrichtung des Elektromotors geradlinig bewegbaren Plungerkolben ist. Damit läßt sich der Druck besonders gut einstellen. Ist der Elektromotor ein Rotationsmotor, so wird dessen Rotationsbewegung vorteilhafterweise über einen Gewindetrieb in die geradlinige Bewegung des Plungerkolbens umgesetzt. Wenn der Gewindetrieb selbsthemmend ist, kann ein erreichter Druck einfach durch Ausschalten des Elektromotors ohne weitere Maßnahmen gehalten werden.

Denkbar ist es jedoch auch, zwischen den Druckraum, der Kolben-Zylinder-Einheit und der Hydropumpe ein Sperrventil vorzusehen, mit dem der Druckraum leckagefrei absperrbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Patentanspruch 10 bis 12, wobei ein Speicherbremsgerät mit den Merkmale aus den Patentansprüchen 10 und 11 eine kompakt bauen kann und die Ausbildung gemäß Patentanspruch 12 unter anderem einen Verschleißausgleich ermöglicht.

Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Speicherbremsgeräts sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 das erste Ausführungsbeispiel, bei dem die Primäreinheit durch eine Plungerpumpe und einen regelbaren Elektromotor und der Kraftspeicher durch eine Schraubendruckfeder gebildet sind, und
Fig. 2 das zweite Ausführungsbeispiel, bei dem der Kraftspeicher ein Hydrospeicher ist.
Nach den Figuren haben die dargestellten Speicherbremsgeräte eine Kolben- Zylinder-Einheit 10 mit einem Arbeitskolben 11, der einen Zylinderraum 12 in zwei Teilräume 13 und 14 aufteilt und als Differenzkolben ausgebildet ist, von dessen einen Seite eine Kolbenstange 15 wegragt. Diese tritt aus dem Zylinderraum 12 heraus und dient zusammen mit nicht näher dargestellten Bremsbelägen und einer Bremsscheibe 16 zum Abbremsen eines Schienenfahrzeugs. Der kolbenstangenseitige, ringförmige Teilraum 13 ist ein mit einer Druckflüssigkeit gefüllter Druckraum, dem Druckflüssigkeit zuführbar und aus dem Druckflüssigkeit verdrängbar ist.
Der Druckraum 13 steht in fluidischer Verbindung mit dem Verdrängerraum 17 einer Plungerpumpe 18, die neben der Kolben-Zylinder-Einheit 10 angeordnet ist und einen Plungerkolben 19 aufweist, dessen Achse parallel zur Achse des Arbeitskolbens 11 verläuft. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 hat die Kolben-Zylinder-Einheit 10 ein Zylindergehäuse 23 und die Plungerpumpe 18 ein Zylindergehäuse 24, das eine separate, aber wie das Zylindergehäuse 23 ortsfest am Maschinengestell befestigte Baukomponente ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 haben die Kolben-Zylinder-Einheit 10 und die Plungerpumpe 18 ein gemeinsames Gehäuse 25, das den Zylinderraum 12 für den Arbeitskolben 11und den Verdrängerraum 17 aufweist und innerhalb dessen ein den Druckraum 13 und den Verdrängerraum 17 verbindender Fluidkanal 26 verläuft. Der Plungerkolben 19 ist bei beiden Ausführungsbeispielen von einem drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor 30 bewegbar, der als Hohlwellenmotor ausgebildet ist. Durch die Hohlwelle geht eine Gewindespindel 31 hindurch, die in Eingriff mit einem Innengewinde der Hohlwelle steht und die an dem Plungerkolben 19 befestigt ist. Gewindespindel 31 und Plungerkolben 19 sind nicht verdrehbar, jedoch axial verfahrbar. In welche Richtung sich diese beiden Teile bewegen, hängt von der Drehrichtung des Elektromotors 30 ab. Der aus Gewindespindel 31 und Hohlwelle bestehende Gewindetrieb ist selbsthemmend, so daß der Plungerkolben 19 bei ausgeschaltetem Elektromotor 30 seine Position beibehält.
Gleich bei den beiden gezeigten Ausführungsbeispielen ist auch, daß an den Fluidkanal 26 ein 2/2 Wegesitzventil 32 angeschlossen ist, das in einer Ruhestellung, die es unter der Wirkung einer Ventilfeder 33 einnimmt, den Fluidkanal 26 und damit den Druckraum 13 und den Verdrängerraum 17 mit einem Niederdruckreservoir 34 für Druckflüssigkeit verbindet. Die Druckflüssigkeit kann Hydrauliköl oder Wasser sein. Unabhängig davon ist das Niederdruckreservoir zur Atmosphäre hin völlig verschlossen. Ein Ausgleich für unterschiedlich große aufzunehmende Druckflüssigkeitsmengen wird durch eine biegeschlaffe oder elastische Wand 35 ermöglicht. Je nach der Spannung, unter der die Wand steht, ist der Druck in dem Niederdruckreservoir gleich dem Atmosphärendruck oder liegt leicht darüber. Das 2/2 Wegesitzventil 32 kann durch einen Elektromagneten 36 in eine Sperrstellung gebracht werden, in der die Räume 13 und 17 von dem Niederdruckreservoir 34 getrennt sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist an den Fluidkanal 26 ein zweites 2/2 Wegesitzventil 42 angeschlossen, das in einer Ruhestellung, die es unter Wirkung einer Ventilfeder 43 einnimmt, den Fluidkanal 26 und damit den Druckraum 13 und den Verdrängerraum 17 mit einem Hochdruckspeicher 44 verbindet. Das 2/2 Wegesitzventil 42 kann durch einen Elektromagneten 46 in eine Sperrstellung gebracht werden, in der die Räume 13 und 17 von dem Hochdruckspeicher 44 getrennt sind.
An den Fluidkanal 26 ist außerdem ein Drucksensor 47 angeschlossen, mit dem somit der in den Räumen 13 und 17 herrschende Druck erfaßbar ist. Ein weiterer Drucksensor 48 ist an den Hochdruckspeicher 44 angeschlossen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 befindet sich in dem Teilraum 14 des Kolben-Zylinder-Einheit 10 als Kraftspeicher ein den Arbeitskolben 11 im Sinne eines Schließens der Bremse beaufschlagendes, vorgespanntes Tellerfedernpaket 50, das sich an einer Scheibe 51 abstützt, deren Position zur Einstellung der Vorspannung des Federnpakets in Richtung der Achse des Arbeitskolbens 11 veränderbar ist. Dazu ist die Scheibe 51 als Spindelmutter ausgebildet, die gegen Verdrehen gesichert, jedoch axial verschiebbar ist und mit einer durch einen in den Zylinderraum 12 ortsfest eingebauten Elektromotor 52 nach entgegengesetzten Richtungen drehend antreibbaren Gewindespindel 53 zusammenwirkt. Der aus der Scheibe 51 und der Gewindespindel 53 bestehende Gewindetrieb ist selbsthemmend, so daß die Scheibe bei ausgeschaltetem Elektromotor 52 ihre Position beibehält.
Für die Steuerung der elektromechanischen Stellglieder 30, 36, 46 und 52 ist nach Fig. 1 ein elektronisches Steuergerät 55 vorhanden, dem die elektrischen Ausgangssignale der Drucksensoren 47 und 48 und das elektrische Ausgangssignal eines an den Elektromotor 30 angebauten Drehwinkelsensors 56, mit dem die axiale Position des Plungerkolbens 19 erfaßbar ist, zugeführt werden.
Bei Inbetriebnahme oder Wartungsarbeiten wird bei dem Speicherbremsgerät nach Fig. 1 die Vorspannung des Tellerfedernpakets 50 auf folgende Weise eingestellt:
Zunächst wird die Bremse geschlossen und durch Öffnen des Ventils 32 oder/und Zurückfahren des Plungerkolbens 19 ein Lüftungsdruck 0 eingestellt. Dann wird die Bremse leicht gelüftet, indem der Elektromotor 30 bei geschlossenem Ventil 32 den Plungerkolben 19 vorfährt, wodurch die sich in den Druckräumen 13 und 17 befindliche Druckflüssigkeit komprimiert wird und der Druck darin ansteigt. Dann wird die Vorspannung des Tellerfedernpakets durch Ansteuern des Stellmotors 52 in Richtung auf den gewünschten Wert verändert, wobei der Druck in den Druckräumen 13 und 17 entsprechend ansteigt oder abfällt. Durch Nachregeln des Elektromotors 30 wird die sich ändernde Kompression der Druckflüssigkeit ausgeglichen und die Bremse in der leicht gelüfteten Position gehalten. Sobald mit dem Drucksensor 47 ein der gewünschten Vorspannung des Tellerfedernpakets entsprechender Druck erfaßt wird, ist die Einstellung beendet.
Die Ausgangsposition des Plungerkolbens 19 und des Elektromotors 30 wir auf folgende Weise eingestellt:
Zunächst wird die Bremse geschlossen und durch Öffnen des Ventils 32 ein Lüftungsdruck 0 eingestellt. Dann wird der Plungerkolben durch Ansteuern des Elektromotors 30 in die eine Richtung bis auf Anschlag bei Minimalvolumen des Verdrängerraums 17 gefahren. Bei geöffnetem Ventil 32 dreht nun der Elektromotor 30 eine entsprechende Anzahl von Umdrehungen in die Gegenrichtung, wobei der Plungerkolben 19 zurückgezogen und aus dem Niederdruckreservoir 34 eine solche Menge an Druckflüssigkeit in den sich vergrößernden Verdrängerraum 17 strömt, daß genügende Volumen für den Öffnungshub des Arbeitskolbens 11 bereitsteht. Nach dem Schließen des Ventils 32 ist das Lüften der Bremse möglich, indem der Plungerkolben 19, in der Ansicht nach Fig. 1, nach links bewegt wird.
Beim normalen Betriebsbremsen wird der Plungerkolben 19 nach rechts bewegt, wobei nach einem bestimmten Weg die Bremsbeläge an der Bremsscheibe anliegen. Durch Bewegen des Plungerkolbens in einem anschließenden Hubbereich ist ein beliebiger Druck zwischen 0 und dem Lüftungsdruck in dem Druckraum 13einstellbar und damit die Bremskraft, die sich aus den von dem Tellerfedernpaket 50 und von dem Druck im Druckraum 13 auf den Arbeitskolben ausgeübten Kräften ergibt, stetig variierbar.
Bei einer Notbremsung wird die Primäreinheit durch Öffnen des Ventils 32 übersteuert. Dabei kann das Ventil 32 auch die Funktion eines Blockierschutzventils erfüllen. Das Ventil 32 ist ein schnell schaltendes Ventil, das sofort schließt, wenn durch einen nicht näher dargestellten Drehzahlsensor, dessen Signal ebenfalls dem Steuergerät 55 zugeführt wird, eine zu starke und auf eine Blockierung hinauslaufende Verringerung der Drehzahl des Rades festgestellt wird. Durch kurzzeitiges Öffnen des Ventils 42 kann der Druck in dem Druckraum 13 sogar unabhängig von der Primäreinheit schnell etwas erhöht werden, um ein Blockieren des Rades zu verhindern. Ist die Gefahr der Blockierung gebannt, öffnet das Ventil 32 wieder, usw..
Um die Bremse als Parkbremse zu nutzen, kann ebenfalls das Ventil 32 geöffnet werden. Eine Druckeinstellung im Druckraum 13 ist dann nämlich nicht nötig.
Der Hochdruckspeicher 44 kann über die Primäreinheit 18, 30 aufgeladen werden, wobei das Ventil 32 als Saugventil und das Ventil 42 als Druckventil der Plungerpumpe 18 dienen.
Denkbar ist es, in dem Fluidkanal zwischen den Druckräumen 13 und 17 ein weiteres 2/2-Wegeventil anzuordnen, das durch eine Ventilfeder in geöffneter Stellung gehalten und durch einen Elektromagneten in eine Sperrstellung gebracht werden kann. Letztere nimmt das Ventil ein, wenn die Bremse gelüftet sein soll. Der Gewindetrieb der Primäreinheit kann dann ohne weiteres auch nicht selbsthemmend sein. Der Drucksensor 47 wird dann bevorzugt so angeschlossen, daß er unabhängig von dem Ventil den Druck in dem Druckraum 13 erfaßt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist anstelle einer mechanischen Feder als Kraftspeicher ein Hydrospeicher 60 verwendet, der mit dem nun mit Druckflüssigkeit gefüllten Teilraum 14 des Zylinderraums 12 verbunden ist und der durch eine zusätzliche Motor/Pumpen-Einheit 61 in einem bestimmten Ladezustand, der einer gewissen Federvorspannung entspricht, gehalten wird. Im übrigen funktioniert das zweite Ausführungsbeispiel genauso wie das erste, so daß hier nicht weiter darauf eingegangen werden muß.

Claims

1. Speicherbremsgerät, insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit(10), die einen einen Druckraum (13) begrenzenden Arbeitskolben (11) aufweist und die von einem Kraftspeicher (50, 60), insbesondere von einer mechanischen Feder (50), in Richtung Schließen der Bremse und durch einen hydraulischen Lüftungsdruck in dem Druckraum (13) gegen die Kraft des Kraftspeichers (50, 60) in Richtung Lösen der Bremse verstellbar ist, und mit einer einen Elektromotor (30) und eine von diesem antreibbare Hydropumpe (18) umfassenden Primäreinheit, von der Druckflüssigkeit in den Druckraum (13) der Kolben-Zylinder-Einheit (10) verdrängbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Primäreinheit (18, 30) im Sinne einer Variation des Lüftungsdrucks einstellbar, insbesondere regelbar ist.

2. Speicherbremsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (30) einstellbar und in seiner Drehrichtung umkehrbar ist.

3. Speicherbremsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (30) in seinem Drehmoment einstellbar ist.

4. Speicherbremsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in dem Druckraum (13) der Kolben-Zylinder-Einheit (10) durch einen Drucksensor (47) erfaßbar ist und daß von der Primäreinheit (18, 30) unter Einbeziehung des von dem Drucksensor (47) erfaßten Druckes ein vorgegebener Druck einstellbar ist.

5. Speicherbremsgerät nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (32) vorhanden ist, über das der Druckraum (13) mit einem Niederdruckreservoir (34) verbindbar ist.

6. Speicherbremsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (42) vorhanden ist, über das der Druckraum (13) mit einem Hochdruckspeicher (44) verbindbar ist.

7. Speicherbremsgerät nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (13) über ein erstes 2/2-Wegeventil (32) mit dem Niederdruckreservoir (34) und über ein zweites 2/2-Wegeventil (42) mit dem Hochdruckspeicher (44) verbindbar ist.

8. Speicherbremsgerät nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydropumpe eine Plungerpumpe (18) mit einem in Achsrichtung des Elektromotors (30) geradlinig bewegbaren Plungerkolben (19) ist.

9. Speicherbremsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (30) ein Rotationsmotor ist, dessen Rotationsbewegung über einen Gewindetrieb (31) in die geradlinige Bewegung des Plungerkolbens (19) umsetzbar ist.

10. Speicherbremsgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Einheit (10) und die Plungerpumpe (18) ein gemeinsames Gehäuse (25) mit einem ersten Zylinderraum (12) für den Arbeitskolben (11) und mit einem zweiten Zylinderraum (17) für den Plungerkolben (19) haben.

11. Speicherbremsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (11) und der Plungerkolben (19) derart nebeneinander angeordnet sind, daß ihre beiden Achsen parallel zueinander verlaufen.

12. Speicherbremsgerät nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß Vorspannung des Kraftspeichers (50, 60) einstellbar ist.