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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bremsen einer bewegten Masse
mit einem beweglich geführten
Kopplungsglied zum Andrücken
eines Bremsbelages an eine Bremsfläche und einem Bremsaktor zum
Erzeugen einer Andruckkraft, die über das Kopplungsglied in den
Bremsbelag einleitbar ist, wobei der Bremsbelag über Verbindungsmittel an einem
Druckgeber abgestützt
ist, der über
einen Hydraulikkreis mit dem Bremsaktor verbunden ist.
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Eine
solche Vorrichtung ist aus der
DE 34 41 128 A1 bereits bekannt. Die dort
offenbarte Vorrichtung weist einen Bremsaktor auf, der einen mit
Hydraulikflüssigkeit
befüllten
Bremszylinder umfasst, wobei ein in den Zylinder hineinragendes
Bewegteil mit einem Bremsauslöser
zum Andrücken
eines Bremsbelages an eine Bremsscheibe vorgesehen ist. Der Bremsaktor
ist Teil eines Bremssattels, der auf einem Teilkreis beweglich geführt ist.
Tangential zum Teilkreis ist eine Zylinderbohrung als Abstützzylinder
vorgesehen, wobei in dem Abstützzylinder
ein Abstützkolben
hineinragt, der an einem Fahrgestell einer zu bremsenden Masse abgestützt ist.
Abstützzylinder
und Abstützkolben
bilden einen Druckgeber. Wird der Hydraulikdruck in dem Bremszylinder
erhöht,
werden die Bremsbeläge
an eine sich in Fahrtrichtung drehende Bremsscheibe gedrückt. Es kommt
zum Reibschluss und somit zu einer Bewegung des Bremssattels tangential
zur Drehrichtung der Bremsscheibe, wobei der an dem Fahrgestell
abgestützte
und in dem Abstützzylinder
hineinragende Stützkolben
tiefer in Abstützzylinder
hineingedrückt wird.
Der Abstützzylinder
ist mit einer Hydraulikflüssigkeit
befüllt,
deren Druck durch diese Bewegung erhöht wird. Der Abstützzylinder
ist über
eine Hydrau likleitung mit dem Bremszylinder verbunden, so dass es
zu einer fest vorgegebenen Kraftverstärkung kommt. Auf diese Weise
ist eine selbstverstärkende Bremse
bereitgestellt.
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Bei
der gattungsgemäßen Vorrichtung
wird die Bremskraft hydraulisch verstärkt. Es besteht jedoch die
Gefahr, dass die Bremskraft bei einer Leckage des Hydrauliksystems
verloren geht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art bereitzustellen, die auch bei einer Leckage im Hydrauliksystem
ein sicheres Abbremsen der bewegten Masse ermöglicht.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe dadurch, dass der Bremsaktor einen zum Erzeugen der
Andruckkraft eingerichteten Kraftspeicher und Lösemittel zum Lösen der
Bremsbeläge
von der Bremsfläche aufweist,
wobei die Lösemittel
mit dem Druckgeber über
den mit wenigstens einem Absperrventil ausgerüsteten Hydraulikkreis kommunizieren.
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Erfindungsgemäß wird die
Andruckkraft zum Abbremsen der bewegten Masse mittels eines Kraftspeichers,
beispielsweise mittels eines mechanischen Kraftspeichers, erzeugt.
Aus diesem Grund ist auch bei einem plötzlichen Druckabfall im Hydrauliksystem
beispielsweise auf Grund von Undichtigkeiten, ein sicheres Abbremsen
der bewegten Masse ermöglicht.
Das Hydrauliksystem wird erfindungsgemäß lediglich zum Lösen der
Bremsbeläge
von der Bremsfläche
eingesetzt und dient somit zum Aufheben der Bremswirkung. Anstelle
einer aufwändigen Kompressionseinheit
zum Erzeugen eines Hydraulikdruckes wird erfindungsgemäß ein Druckgeber
eingesetzt, der bislang nur im Zusammenhang mit selbstverstärkenden
Bremsen offenbart ist. Wie bei einer selbstverstärkenden Bremse sind die Bremsbeläge nicht
starr mit einem Gestell der bewegten Masse verbunden. Vielmehr sind
die Bremsbeläge
beweglich geführt,
beispielsweise tangential zur Drehrichtung einer rotierenden Bremsscheibe,
und über die
Verbindungsmittel an dem besagten Druckgeber abgestützt. Der
Druckgeber umfasst zweckmäßigerweise
einen Abstützzylinder
und einen Abstützkolben,
wobei Abstützzylinder
und Abstützkolben
relativ zueinander beweglich sind. Entweder der Abstützzylinder
oder der Abstützkolben
ist an dem Gestell der bewegten Masse befestigt, beispielsweise
am Drehgestell eines Schienenfahrzeuges. Aufgrund des Reibschlusses
mit der Bremsfläche
werden die Bremsbeläge
und somit beispielsweise der Abstützkolben relativ zum Abstützzylinder
bewegt, wodurch es zu einer Kompression von Hydraulikflüssigkeit
in der Abstützkammer
des Druckgebers kommt. Diese kommuniziert über den Hydraulikkreis mit
den Lösemitteln,
die dann eine Kraftkomponente erzeugen, die der Kraftkomponente
des Kraftspeichers entgegenwirkt, bis es zum Lösen der Bremsbeläge von der Bremsfläche kommt.
Um die Andruckkraft nicht ungewollt bereits kurz nach Einleiten
eines gewünschten
Bremsvorganges wieder aufzuheben ist ein Absperrventil im Hydraulikkreis
vorgesehen. Das Absperrventil verhindert einen unerwünschten
Druckaufbau im Bremsaktor und ist zweckmäßigerweise mit einer Bremssteuerung
verbunden.
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Gemäß einer
zweckmäßigen Weiterentwicklung
umfassen die Lösemittel
eine Lösehydraulikkammer,
die mit dem Druckgeber kommuniziert, wobei die Lösehydraulikkammer eine bewegliche
mit dem Kopplungsglied verbundene Volumenbegrenzung aufweist, auf
die der Kraftspeicher zur Verringerung des Volumens der Lösehydraulikkammer
einwirkt. Gemäß dieser
zweckmäßigen Weiter entwicklung
wirken Kraftspeicher und Lösemittel über eine beweglich
in einer Lösehydraulikkammer
geführte Volumenbegrenzung
gegeneinander. Die Volumenbegrenzung ist dabei mit den Kopplungsmitteln
auf beliebige Art und Weise, beispielsweise über eine zweckmäßige Hebelmechanik
gekoppelt. Wird der Hydraulikdruck in der Lösehydraulikkammer abgesenkt,
kommt es zur Bewegung der Volumenbegrenzung aufgrund der Wirkung
des Kraftspeichers. Die Bremsbeläge
werden an die Bremsfläche
gedrückt, so
dass es zur Verzögerung
der bewegten Masse kommt. Bei Ansteigen des Hydraulikdruckes in
der Lösehydraulikkammer übersteigt
jedoch die hydraulisch erzeugte Kraft die Andruckkraft des Kraftspeichers,
so dass eine entgegengerichtete Bewegung der Volumenbegrenzung einsetzt.
Diese wird so in die Bremsbacken eingeleitet, dass es zum Lösen der Bremse
kommt.
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Gemäß einer
zweckmäßigen Weiterentwicklung
ist die Volumenbegrenzung ein mit einer Bremskolbenstange verbundener
Bremskolben. Hydraulikzylinder mit Kolben und einer dicht aus dem
Hydraulikzylinder herausgeführten
Kolbenstange sind dem Fachmann bestens bekannt und in einer Vielzahl
von Varianten am Markt erhältlich.
Dabei handelt es sich in der Regel um einen Differenzialkolbenzylinder,
bei dem die Kolbenstange nur an einer Seite des Kolbens vorgesehen
ist. Gemäß dieser
Ausgestaltung der Erfindung ist der Kraftspeicher auf der von der Kolbenstange
abgewandten Seite angeordnet.
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Zweckmäßigerweise
ist der Kraftspeicher eine Feder. Die Feder ist beispielsweise eine
mechanische Feder, beispielsweise eine Schraubenfeder oder dergleichen.
Abgesehen davon, können
jedoch auch Elastomerfedern oder Gasfedern im Rahmen der Erfindung
zum Einsatz gelangen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung ist ein hydraulischer Hochdruckspeicher
vorgesehen, der mit den Lösemitteln über eine
Hochdruckhydraulikleitung kommuniziert. Der hydraulische Hochdruckspeicher
ist aufgrund der Zeitverzögerung,
die zwischen der Erzeugung und des Hydraulikdruckes beim Bremsen
und dem Aufheben der Bremswirkung liegt, vorteilhaft. Ein Löseventil
ist als Absperrventil zwischen dem Hochdruckspeicher und dem Bremsaktor
in der Hochdruckhydraulikleitung angeordnet. Der Hydraulikkreis
weist gemäß dieser
Ausgestaltung der Erfindung daher eine Hochdruckhydraulikleitung
auf. Wird das Absperrventil in seine Unterbrecherstellung überführt, ist
der Aufbau eines Hydraulikdruckes in den Lösemitteln verhindert. Der sich
einstellende Druckaufbau im Druckgeber beim Bremsvorgang führt zunächst zu
einer Erhöhung
des Hydraulikdruckes in dem Hochdruckspeicher. Soll ein eingeleiteter
Bremsvorgang unterbrochen werden, wird das Absperr- oder Löseventil
beispielsweise durch eine zweckmäßige Bremssteuerung
in seine Durchgangsstellung überführt, so
dass es zu einem hydraulischen Druckaufbau im Bremsaktor kommt. Die
Wirkung des Kraftspeichers wird aufgehoben mit einem Lösen der
Bremse im Gefolge.
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Gemäß einer
zweckmäßigen Weiterentwicklung
der Erfindung ist ein hydraulischer Niederdruckspeicher vorgesehen,
der über
eine Niederdruckhydraulikleitung mit den Lösemitteln kommuniziert, wobei
zwischen dem Niederdruckspeicher und den Lösemitteln ein Anlegeventil
vorgesehen ist. Der Hydraulikkreis umfasst hier eine Niederdruckhydraulikleitung.
Der Niederdruckspeicher ist beispielsweise eine einfache Wanne bei
Atmosphärendruck.
Abweichend davon ist der Niederdruckspeicher ein fluiddichtes Bauteil,
so dass auch niedrigere Hydraulikdrücke als der Atmosphärendruck
erzeugbar sind. Die Niederdruckhydraulikleitung ist mit einem Anlegeventil
als Absperrventil versehen. Durch Öffnen des Anlegeventils kommt
es zu einem Volumenstrom in der Niederhydraulikleitung mit einem
Druckabbau in den Lösemitteln,
insbesondere in einer Lösehyd raulikkammer,
im Gefolge. Schließlich
bewirkt der Kraftspeicher ein Anpressen der Bremsbeläge an die Bremsfläche.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterentwicklung weist der Druckgeber einen mit Hydraulikflüssigkeit
befüllten
Abstützzylinder
und einen mit diesem zusammenwirkenden Abstützkolben auf, wobei der Abstützzylinder über den
Hydraulikkreis mit den Lösemitteln
kommuniziert.
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Gemäß einer
diesbezüglich
zweckmäßigen Weiterentwicklung
ist der Bremsbelag über
die Verbindungsmittel mit dem Abstützzylinder verbunden und der
Abstützkolben
an einem Gestell der zu bremsenden Masse befestigt. Abweichend hiervon
ist der Bremsbelag über
die Verbindungsmittel mit dem Abstützkolben verbunden und der
Abstützzylinder
an einem Gestell der zu bremsenden Masse befestigt. Auf diese weise
kommt es zu einer Kompression der Hydraulikflüssigkeit innerhalb des Abstützzylinders.
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Gemäß einer
diesbezüglichen
zweckmäßigen Weiterentwicklung
ist der Abstützzylinder
durch den Abstützkolben
in eine Abstützkammer
und eine Abstützrückrückholkammer
unterteilt, wobei die Abstützkammer über eine
Hochdruckhydraulikleitung und die Abstützrückholkammer über eine
Niedrigdruckhydraulikleitung mit den Lösemitteln verbunden ist. Gemäß dieser
zweckmäßigen Weiterentwicklung ist
es zweckmäßig, dass
der hydraulische Hochdruckspeicher mit der Hochdruckhydraulikleitung kommuniziert,
wobei zwischen Hochdruckspeicher und den Lösemitteln das Löseventil
als Absperrventil angeordnet ist. Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung
ist eine Anordnung von Rückschlagventilen
vorgesehen, die sicherstellen, dass die Hochdruckhydraulikleitung
mit der Abstützkammer
beziehungsweise die Niederdruckhydraulikleitung mit der Niederdruckhydraulikleitung
kommuniziert und zwar unabhängig
da von in welche Richtung der Abstützkolben durch die Bewegung
der Bremsbeläge
beim Bremsen bewegt wird. Mit anderen Worten ist der Druck in der
Hochdruckhydraulikleitung beziehungsweise in der Niederdruckhydraulikleitung
unabhängig
von der Richtung, in welche die Masse bewegt wird. Dies ist beispielsweise
bei Fahrzeugen und insbesondere bei Schienenfahrzeugen vorteilhaft.
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In
dem Abstützzylinder
können
Druckfedern angeordnet sein. Die Druckfedern sind beispielsweise
sowohl in der Abstützkammer
als auch in der Abstützrückholkammer
angeordnet und dienen zum Überführen des
Abstützkolbens
in seine Mittellage, so dass ein Anschlagen des Kolbens an einer
Begrenzungswand des Abstützzylinders
beim Bremsen vermieden ist.
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Zweckmäßigerweise
ist eine Bremssteuerung vorgesehen, die mit einer Leitstelle sowie
mit dem Löseventil
und dem Anlegeventil elektrisch verbunden ist. Die Leitstelle ist
beispielsweise der Führerstand
eines Schienenfahrzeuges, eine zentrale Leitstelle oder der Fahrersitz
eines Kraftfahrzeuges.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterentwicklung ist die Bremssteuerung mit zweckmäßigen Drucksensoren
versehen, die Drucksensoren erfassen die Drücke in den Hydraulikleitungen
oder aber auch beispielsweise in den bereits erwähnten Kammern.
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Darüber hinaus
kann es zweckmäßig sein, Druckbegrenzungsventile
im Hydraulikkreis vorzusehen.
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Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen
und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der
Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche
Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei
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1 ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beim Lösen
der Bremsbeläge
von der Bremsfläche
und
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2 das
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 beim
Anlegen der Bremsbeläge
an die Bremsbacken zeigen.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in
schematischer Darstellung. Die Vorrichtung 1 ist zum Andrücken von Bremsbelägen 2 an
eine als Bremsscheibe 3 ausgestaltete Bremsfläche eingerichtet.
Dabei ist die Bremsscheibe 3 drehbar auf eine Radachse 4 gelagert.
In dem in 1 gezeigten Zustand rotiert
die Bremsscheibe 3 mit einer Frequenz ω. Ein Drehzahl-Spannungsumsetzer 5 ist
zur Erzeugung einer zu ω proportionalen
Spannung U eingerichtet. Dabei ist der Drehzahl-Spannungsumsetzer 5 über eine
Signalleitung 6 mit einer Regelungseinheit 7 verbunden.
Die Signalleitung 6 ist beispielsweise ein elektrischer
Leiter aus Metall. Die Bremsbeläge 2 sind über ein
Kopplungsglied 8 mit einem Bremsaktor 9 verbunden,
der einen mit einer Kolbenstange 11 verbundenen Kolben 10 aufweist.
Der Kolben 10 ist innerhalb eines Zylinders 12 angeordnet,
wobei die Kolbenstange 11 eine Stirnwand des Zylinders 12 dichtend
durchgreift. An der von der Kolbenstange 11 abgewandten
Seite des Kolbens 10 ist eine Druckfeder 13 als
Kraftspeicher vorgesehen.
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Der
Bremsbelag 2 ist tangential zur Drehrichtung der Bremsscheibe
beweglich geführt
und über Verbindungsmittel 14 an
einem Druckgeber 15 abgestützt, der einen Abstützzylinder 16 aufweist,
welcher durch einen Abstützkolben 17 in
eine Abstützkammer 18 beziehungsweise
eine Abstützrückholkammer 19 unterteilt
ist. In der Abstützkammer 18 und
in der Abstütz rückholkammer 19 sind
Druckfedern 20 bzw. 21 angeordnet. Bei einem Bremsvorgang
kommt es beispielsweise zu einer Bewegung des Abstützkolbens 17 in
der gezeigten Pfeilrichtung 22, so dass eine Hydraulikflüssigkeit
in der Abstützkammer 18 komprimiert
wird. In der Abstützrückholkammer 19 entsteht jedoch
ein Unterdruck.
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Die
Abstützkammer 18 ist
mit einer Hochdruckhydraulikleitung 23 verbunden, in der
ein Löseventil 24 angeordnet
ist, das über
eine Steuerleitung elektrisch mit der Bremssteuerung 7 verbunden
ist. Zum Speichern des Hydraulikdruckes ist ein Hochdruckspeicher 25 vorgesehen,
der in der Hochdruckhydraulikleitung 23 angeordnet ist
und mit dieser kommuniziert.
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Die
Abstützrückholkammer 19 ist
hingegen mit einer Niederdruckhydraulikleitung 26 verbunden, die über einen
Niederdruckspeicher 27 verfügt. Eine zweckmäßige Anordnung
von Rückschlagventilen 29 stellt
sicher, dass die Hochdruckhydraulikleitung 23 immer mit
der Abstützkammer 18 und
die Niederdruckhydraulikleitung 26 immer mit Abstützrückholkammer
und zwar unabhängig
von der Drehrichtung der Bremsscheibe 3 verbunden ist.
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Druck-Spannungsumsetzer 30 dienen
zum Erfassen des Hydraulikdruckes in den besagten Hydraulikleitungen,
wobei eine den erfassten Drücken proportionale
Spannung erzeugt wird. Die Bremssteuerung 7 ist neben dem
Löseventil 24 mit
den Druck-Spannungsumsetzern 3 und
einem in der Niederdruckhydraulikleitung 26 angeordneten
Anlegeventil 31 über
Steuerleitungen 6 verbunden. Das Löseventil 24 und das
Anlegeventil 31 dienen zum Verbinden beziehungsweise Trennen
der Hochdruckhydraulikleitung 23 beziehungsweise der Niederdruckhydraulikleitung 26 von
einer Ansprechhydraulikleitung 32, die in eine Lösehydraulikkammer 33 des Bremsaktors 9 mündet.
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In
dem in 1 gezeigten Zustand der Vorrichtung 1 werden
die Bremsbeläge 2 von
der Bremsscheibe 3 gelöst.
Hierzu wurde das Löseventil 24 von der
Bremssteuerung 7 angesteuert und in seine Durchlassstellung
und das Anlegeventil 31 in seine Sperrstellung überführt. Die
Hochdruckhydraulikleitung 23 kommuniziert dann mit der
Lösehydraulikkammer 33.
Es kommt zum Aufbau eines Hydraulikdruckes in der Lösehydraulikkammer 33,
die den Kolben 10 in die in 1 gezeigte
Pfeilrichtung verschiebt, so dass der Kraftspeicher 13 in
Gestalt einer mechanischen Feder zusammengedrückt wird. Der Volumenstrom
an Hydraulikflüssigkeit
wird von dem Hochdruckspeicher 25 bereitgestellt. Über das
Kopplungsglied 8 kommt es zu einem Aufheben des Reibschlusses
zwischen den Bremsbelägen 2 und
der Bremsscheibe 3.
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In
dem in 2 gezeigten Zustand hat die Bremssteuerung 7 hingegen
ein Anlegen der Bremsbeläge 2 an
die Bremsscheibe 3 herbeigeführt. Hierzu hat die Bremssteuerung 7 das
Löseventil 24 in
seine Sperrstellung überführt. Das
Anlegeventil 31 befindet sich hingegen in seiner Durchgangsstellung. Es
kommt zum Abfließen
von Hydraulikflüssigkeit aus
der Lösemittelhydraulikkammer 33 in
den Niederdruckspeicher 27. Dies bewirkt eine Verschiebung des
Kolbens 10 aufgrund der Wirkung des Kraftspeichers 13 und
somit ein Einleiten der Andruckbewegung in die Bremsbeläge 2 über das
Kopplungsglied 8. Das Anlegeventil 3 und das Löseventil 24 sind elektrisch
ansteuerbare Magnetventile, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
bistabil sind.
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Zur
Druckbegrenzung in der Lösehydraulikkammer
dient ein Druckbegrenzungsventil 34.