DE102014226630A1

DE102014226630A1 - Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug mit Radsatzwelle

Info

Publication number: DE102014226630A1
Application number: DE102014226630.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schaefer-Enkeler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-06-23
Anticipated expiration: 2034-12-20
Also published as: DE102014226630B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf ein Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug (300), mit zumindest einer ein oder mehrere Fahrzeugräder (20, 21) tragenden Radsatzwelle (30) und mindestens einer Bremsscheibe (50, 51, 52). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Bremsscheibe (50, 51, 52) an einer Hohlwelle (40) angebracht ist und die Radsatzwelle (30) durch die Hohlwelle (40) hindurchgeführt ist und die Hohlwelle (40) und die Radsatzwelle (30) durch eine schaltbare Kupplung (60) miteinander verkuppelbar und entkuppelbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, die mit einem oder mehrere Fahrzeugräder tragenden Radsatzwellen sowie Bremsscheiben ausgestattet sind.
Bei den nicht angetriebenen Radsätzen von heutzutage üblichen Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeugen werden zum Bremsen Wellenbremsscheiben eingesetzt. Wellenbremsscheiben weisen zur Kühlung eine Innenbelüftung auf; die Förderung der Kühlluft erfolgt beim Drehen der Bremsscheiben automatisch. Da die Bremsscheiben jeweils fest mit der jeweiligen Radsatzwelle verbunden sind, erfolgt die Förderung der Kühlluft stets dann, wenn sich die Räder und die Radsatzwelle drehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug der eingangs beschriebenen Art hinsichtlich des erforderlichen Energiebedarfs zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens eine Bremsscheibe an einer Hohlwelle angebracht ist und die Radsatzwelle durch die Hohlwelle hindurchgeführt ist und die Hohlwelle und die Radsatzwelle durch eine schaltbare Kupplung miteinander verkuppelbar und entkuppelbar sind.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist darin zu sehen, dass ein Mitdrehen der Bremsscheibe(n) während des normalen ungebremsten Fahrbetriebs durch die erfindungsgemäß vorgesehene schaltbare Kupplung abgeschaltet werden kann, indem die Hohlwelle von der Radsatzwelle entkuppelt wird. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene schaltbare Kupplung sowie durch die Anordnung einer oder mehrerer Bremsscheiben auf der Hohlwelle lässt sich erreichen, dass eine Förderung von Kühlluft ausschließlich bei Bedarf erfolgen kann, und damit der Nachteil vermeiden, dass eine Luftkühlung unter Erhöhung des Fahrzeugluftwiderstands durchgängig erfolgt. Mit anderen Worten lässt sich eine Kühlung der Bremsscheiben abstellen, wenn diese nicht gekühlt werden müssen, und es lässt sich unnötig erhöhter Energiebedarf durch erhöhten Luftwiderstand während des ungebremsten Betriebs des Fahrzeugs vermeiden.
Mit Blick auf die Anordnung von Hohlwelle und Radsatzwelle wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Hohlwelle koaxial zur Radsatzwelle angeordnet ist.
Vorteilhaft ist es, wenn die Hohlwelle mittels eines oder mehrerer Lager auf der Radsatzwelle drehbar gelagert ist.
Um sicherzugehen, dass im Falle eines Komponentenausfalls die Kupplung stets in einen sicheren Betriebszustand schaltet, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Kupplung in Richtung Einkuppelzustand vorbelastet ist und ohne Anliegen einer aktiven, den ausgekuppelten Zustand haltenden Auskuppelenergie selbsttätig von dem ausgekuppelten Zustand in den eingekuppelten Zustand zurückschaltet.
Besonders einfach und damit vorteilhaft lässt sich ein solches automatisches Zurückschalten in den eingekuppelten Zustand erreichen, wenn die Kupplung in Richtung Einkuppelzustand mittels zumindest einer Feder federbelastet ist.
Die Kupplung ist vorzugsweise elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch im ausgekoppelten Zustand haltbar.
Mit Blick auf einen koordinierten Bremsvorgang wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Fahrzeug eine Bremssteuereinrichtung aufweist, die bei Anliegen eines externen Bremssignals die Kupplung einkuppelt und eine die Bremsscheibe bremsende Bremsanlage aktiviert.
Vorzugsweise ist die Bremssteuereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie bei Anliegen des externen Bremssignals die Kupplung einkuppelt, indem sie die Auskuppelenergie zum aktiven Auskuppeln der Kupplung abschaltet.
Bei der oder den Bremsscheiben handelt es sich vorzugsweise um Wellenbremsscheiben.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf einen Radsatz für ein Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einer Radsatzwelle, die ein oder mehrere Fahrzeugräder trägt.
Bezüglich eines solchen Radsatzes ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Radsatzwelle durch eine Hohlwelle hindurchgeführt ist, an der Hohlwelle mindestens eine Bremsscheibe angebracht ist und der Radsatz eine schaltbare Kupplung aufweist, die die Hohlwelle und die Radsatzwelle miteinander wahlweise verkuppeln oder entkuppeln kann.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Radsatzes sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug verwiesen.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, das zumindest eine ein oder mehrere Fahrzeugräder tragende Radsatzwelle und mindestens eine Bremsscheibe aufweist.
Bezüglich eines solchen Verfahrens ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Kupplung eingekuppelt und dadurch eine Hohlwelle, durch die die Radsatzwelle hindurchgeführt ist und an der die Bremsscheibe drehfest angebracht ist, mit der Radsatzwelle drehfest verbunden wird und die an der Hohlwelle angebrachte Bremsscheibe mit einer Bremsanlage gebremst wird.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug entsprechend.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft:
1 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Radsatz im ungebremsten Zustand,
2 den Radsatz gemäß 1 im gebremsten Zustand,
3 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, das mit einem Radsatz gemäß den 1 und 2 ausgestattet ist,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Radsatz im ungebremsten Zustand und
5 den Radsatz gemäß 4 im gebremsten Zustand.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt in einem Querschnitt einen scheibengebremsten bzw. scheibenbremsbaren Radsatz 10, der mit zwei Rädern (Fahrzeugrädern) 20 und 21 ausgestattet ist. Die beiden Räder 20 und 21 sind drehfest mit einer Radsatzwelle 30 verbunden, die die beiden Räder 20 und 21 beabstandet zueinander hält.
Die Radsatzwelle 30 ist durch eine Hohlwelle 40 hindurchgeführt, an der eine oder – wie in der 1 gezeigt – mehrere Bremsscheiben 50, 51 und 52 drehfest angebracht sind.
Die Hohlwelle 40 steht mit der Radsatzwelle 30 über eine schaltbare Kupplung 60 in Verbindung, die mittels einer nur schematisch dargestellten Feder 61 in Richtung Einkoppelzustand federbelastet ist.
Im eingekoppelten Zustand verbindet die schaltbare Kupplung 60 die Radsatzwelle 30 drehfest mit der Hohlwelle 40, so dass bei Drehung der Räder 20 und 21 bzw. beim Drehen der Radsatzwelle 30 die Hohlwelle 40 mitgedreht wird und somit auch die Bremsscheiben 50, 51 und 52 in eine Rotationsbewegung versetzt werden.
Im ausgekoppelten Zustand sind die Radsatzwelle 30 und die Hohlwelle 40 voneinander getrennt, so dass sich die Räder 20 und 21 sowie die Radsatzwelle 30 unabhängig von der Hohlwelle 40 drehen können und somit eine Drehung der Radsatzwelle 30 sowie der Räder 20 und 21 möglich ist, ohne dass dabei die Bremsscheiben 50, 51 und 52 mitgedreht werden.
Die schaltbare Kupplung 60 steht über einen Schalteingang E60 sowie eine Steuerleitung 70 mit einer Bremssteuereinrichtung 80 in Verbindung, an die über eine Bremsleistung 90 eine Bremsanlage 100 angeschlossen ist.
Die Bremsanlage 100 weist zum Bremsen der Bremsscheibe 51 zwei Bremsbacken 101 und 102 auf, die beabstandet zueinander angeordnet sind und entlang der Pfeilrichtungen P1 bzw. P2 in Richtung auf die Bremsscheibe 51 bewegbar sind. Bei der Darstellung gemäß 1 befindet sich die Bremsanlage 100 im ungebremsten Zustand, in dem die Bremsbacken 101 und 102 einen Abstand zu der Bremsscheibe 51 aufweisen und diese nicht berühren.
Zum Bremsen der Bremsscheiben 50 und 52 ist die Bremsanlage 100 mit weiteren Bremsbacken ausgestattet, die in den 1 und 2 aus Gründen der Übersicht nicht dargestellt sind.
Da die Bremsbacken 101 und 102 im ungebremsten Zustand des Radsatzes 10 inaktiv sind und auf die Bremsscheibe 51 nicht einwirken können, ist ein Mitdrehen der Bremsscheibe 51 beim Drehen der Radsatzwelle 30 bzw. beim Drehen der Räder 20 und 21 nicht erforderlich bzw. sogar unerwünscht, da ein Mitdrehen der Bremsscheibe 51 den Luftwiderstand des Radsatzes 10 und damit den Luftwiderstand eines mit dem Radsatz 10 gemäß 1 ausgestatteten Fahrzeugs erhöhen würde.
Um ein Mitdrehen der Bremsscheiben 50, 51 und 52 bzw. der Hohlwelle 40 zu vermeiden, wird die Bremssteuereinrichtung 80 im ungebremsten Zustand der Bremsanlage 100 die schaltbare Kupplung 60 über die Steuerleitung 70 derart ansteuern, dass die Kupplung 60 die Hohlwelle 40 von der Radsatzwelle 30 trennt und die Hohlwelle 40 zum Stillstand kommen kann. Um ein Auskuppeln der schaltbaren Kupplung 60 hervorzurufen, wird die Bremssteuereinrichtung 80 über die Steuerleitung 70 Auskuppelenergie E in Richtung des Schalteingangs E60 der schaltbaren Kupplung 60 übertragen, wodurch die Feder 61 der Kupplung 60 deaktiviert und die Kupplung 60 in den ausgekuppelten Zustand gebracht wird.
Die schaltbare Kupplung 60 kann eine elektrische, hydraulische und/oder pneumatisch betreibbare Kupplung sein, die elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch durch Anlegen einer elektrischen, hydraulischen und/oder pneumatischen Energie E in den ausgekuppelten Zustand gebracht werden kann.
Soll der Radsatz 10 gebremst werden und wird ein entsprechendes externes Bremssignal S zur Bremssteuereinrichtung 80 übertragen, so wird die Bremssteuereinrichtung 80 die Übertragung der Auskuppelenergie E über die Steuerleitung 70 abbrechen bzw. eine weitere Versorgung der schaltbaren Kupplung 60 mit Auskuppelenergie E unterbinden. Dies führt dazu, dass die schaltbare Kupplung 60 aufgrund der Einwirkung der Feder 61 in den eingekuppelten Zustand übergeht und die Radsatzwelle 30 mit der Hohlwelle 40 drehfest verbindet. Es kommt mit anderen Worten also zu einem Einkuppeln der schaltbaren Kupplung 60 und somit zu einem Mitdrehen der Bremsscheiben 50, 51 und 52, die auf der Hohlwelle 40 montiert sind.
Zeitnah vor oder nach dem Abschalten der Auskuppelenergie E oder alternativ zeitgleich wird die Bremssteuereinrichtung 80 über die Bremsleitung 90 einen Bremsbefehl B an die Bremsanlage 100 übermitteln, wodurch die Bremsbacken 101 und 102 entlang der Pfeilrichtung P1 bzw. P2 in Richtung auf die Bremsscheibe 51 bewegt werden. Diesen gebremsten Zustand des Radsatzes 10 zeigt die 2. In entsprechender Weise werden die Bremsscheiben 50 und 52 mit den oben erwähnten und in den 1 und 2 aus Gründen der Übersicht nicht dargestellten Bremsbacken der Bremsanlage 100 gebremst.
Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Schienenfahrzeug 300, das mit zwei Radsätzen 10, wie sie im Zusammenhang mit den 1 und 2 oben erläutert worden sind, ausgestattet ist. Man erkennt von den beiden Radsätzen 10 lediglich jeweils eines der beiden Räder, nämlich das Rad 21 gemäß den 1 und 2.
Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen scheibengebremsten bzw. scheibenbremsbaren Radsatz 10. Der Radsatz 10 gemäß 4 entspricht vom Aufbau her dem Radsatz 10 gemäß den 1 und 2 mit dem einzigen Unterschied, dass zwischen der Hohlwelle 40 und der Radsatzwelle 30 drei Lager 200 angeordnet sind, die eine Lagerung der Hohlwelle 40 auf der Radsatzwelle 30 ermöglichen. Die Hohlwelle 40 wird durch die Lager 200 koaxial zur und auf der Radsatzwelle 30 gehalten.
Die 4 zeigt den Radsatz 10 im ungebremsten Zustand, indem die Bremsbacken 101 und 102 der Bremsanlage 100 einen Abstand zu der Bremsscheibe 51 aufweisen und die Bremsscheibe 51 – genauso wie die Bremsscheiben 50 und 52 – ungebremst sind.
Die 5 zeigt zum Vergleich den Radsatz 10 gemäß 4 im gebremsten Zustand, in dem die Bremsscheibe 51 mittels der beiden Bremsbacken 101 und 102 sowie die Bremsscheiben 50 und 52 mittels der nicht dargestellten Bremsbacken gebremst werden. Um zu verhindern, dass die Bremswirkung der Bremsbacken 101 und 102 durch einen unerwünschten Auskuppelzustand der schaltbaren Kupplung 60 ausbleibt, wird die Bremssteuereinrichtung 80 während eines Bremsvorgangs eine Übertragung von Auskuppelenergie E über die Steuerleitung 70 unterbinden, so dass die Feder 61 der schaltbaren Kupplung 60 eine Verkupplung von Hohlwelle 40 und Radsatzwelle 30 erzwingt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug (300), mit zumindest einer ein oder mehrere Fahrzeugräder (20, 21) tragenden Radsatzwelle (30) und mindestens einer Bremsscheibe (50, 51, 52), dadurch gekennzeichnet, dass – die Bremsscheibe (50, 51, 52) an einer Hohlwelle (40) angebracht ist und – die Radsatzwelle (30) durch die Hohlwelle (40) hindurchgeführt ist und – die Hohlwelle (40) und die Radsatzwelle (30) durch eine schaltbare Kupplung (60) miteinander verkuppelbar und entkuppelbar sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (40) koaxial zur Radsatzwelle (30) angeordnet ist.
Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (40) mittels eines oder mehrerer Lager (200) auf der Radsatzwelle (30) drehbar gelagert ist.
Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (60) in Richtung Einkuppelzustand vorbelastet ist und ohne Anliegen einer aktiven, den ausgekuppelten Zustand haltenden Auskuppelenergie (E) selbsttätig von dem ausgekuppelten Zustand in den eingekuppelten Zustand zurückschaltet.
Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (60) in Richtung Einkuppelzustand federbelastet ist.
Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (60) elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch im ausgekuppelten Zustand haltbar ist.
Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug eine Bremssteuereinrichtung (80) aufweist, die bei Anliegen eines externen Bremssignals (S) die Kupplung (60) einkuppelt und eine die Bremsscheibe (50, 51, 52) bremsende Bremsanlage (100) aktiviert.
Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremssteuereinrichtung (80) derart ausgestaltet ist, dass sie bei Anliegen des externen Bremssignals (S) die Kupplung (60) einkuppelt, indem sie die Auskuppelenergie (E) zum aktiven Auskuppeln der Kupplung (60) abschaltet.
Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (50, 51, 52) eine Wellenbremsscheibe ist.
Radsatz für ein Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug (300), mit einer ein oder mehrere Fahrzeugräder (20, 21) tragenden Radsatzwelle (30), dadurch gekennzeichnet, dass – die Radsatzwelle (30) durch eine Hohlwelle (40) hindurchgeführt ist, – an der Hohlwelle (40) mindestens eine Bremsscheibe (50, 51, 52) angebracht ist und – der Radsatz eine schaltbare Kupplung (60) aufweist, die die Hohlwelle (40) und die Radsatzwelle (30) miteinander wahlweise verkuppeln oder entkuppeln kann.
Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs (300), das zumindest eine ein oder mehrere Fahrzeugräder (20, 21) tragende Radsatzwelle (30) und mindestens eine Bremsscheibe (50, 51, 52) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Kupplung (60) eingekuppelt und dadurch eine Hohlwelle (40), durch die die Radsatzwelle (30) hindurchgeführt ist und an der die Bremsscheibe (50, 51, 52) drehfest angebracht ist, mit der Radsatzwelle (30) drehfest verbunden wird und – die an der Hohlwelle (40) angebrachte Bremsscheibe (50, 51, 52) mit einer Bremsanlage (100) gebremst wird.