DE10245207C1 - Bremszuspanneinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremszuspanneinrichtung, insbesondere für eine Schienenfahrzeugbremse, mit einem Bremsaktuator zum Zuspannen und/oder Lösen der Bremse und mit einem Kraftumsetzer zur Umsetzung der vom Bremsaktuator abgegebenen Energie in eine Bremszuspannbewegung, wobei der Kraftumsetzer einen im Kraftfluß angeordneten, mit wenigstens einem Meßaufnehmer zur mittelbaren oder unmittelbaren Bremskraftmessung versehenen Scherkraftmeßbolzen (58) beinhaltet, welcher einen Durchgangsöffnungen (30, 40) von wenigstens zwei gegeneinander verschwenkbaren Kraftübertragungselementen (20, 36) des Kraftumsetzers (8) durchragenden Gelenkbolzen eines Gelenks bildet. DOLLAR A Die Erfindung sieht vor, daß wenigstens einer Durchgangsöffnung (30, 40) eines Kraftübertragungselements (20, 36) und dem Scherkraftmeßbolzen (58) eine mit radial inneren Randausnehmungen (80) versehene Buchse (74, 76, 78) radial zwischengeordnet ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Bremszuspanneinrichtung, insbesondere für eine Schienenfahrzeugbremse, nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

Aus der EP 0 283 947 A2 ist eine Bremszuspanneinrichtung für Schienen­ fahrzeugbremse bekannt, mit einem Bremsaktuator zum Zuspannen und/oder Lö­ sen der Bremse und mit einem Kraftumsetzer zur Umsetzung der vom Bremsak­ tuator abgegebenen Energie in eine Bremszuspannbewegung, wobei der Kraft­ umsetzer einen im Kraftfluß angeordneten, mit wenigstens einem Meßaufnehmer zur mittelbaren oder unmittelbaren Bremskraftmessung versehenen Scherkraft­ meßbolzen beinhaltet, welcher einen Durchgangsöffnungen von wenigstens zwei, gegeneinander verschwenkbaren Kraftübertragungselementen des Kraftumset­ zers durchragenden Gelenkbolzen eines Gelenks bildet. Am Scherkraftmeßbolzen findet demzufolge eine Gleitbewegung unter nicht unbeträchtlichen Bremskräften statt. Infolgedessen tritt an dem den Meßaufnehmer tragenden und deshalb in der Herstellung und Montage aufwendigen Scherkraftmeßbolzen mit der Zeit Ver­ schleiß auf, was einen kostspieligen Austausch erforderlich macht.

Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Bremszuspanneinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welcher der Scherkraftmeßbolzen eine höhere Lebensdauer auf­ weist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merk­ male von Anspruch 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die größte Scherbelastung des Scherkraftmeßbolzens ist im Bereich der Stoßebenen der Kraftübertragungselemente vorhanden. Hierbei werden die axia­ len Randbereiche der Buchse auf Biegung belastet. Wegen der radial inneren Randausnehmungen sind die axialen Randbereiche der Buchse nachgiebiger als die hieran angrenzenden Bereiche, wodurch hohe Kantenpressungen zwischen Buchse und Scherkraftmeßbolzen vermieden werden. Die hieraus resultierende Vergleichmäßigung der Spannungen wirkt sich positiv auf das Tragbild der aus Buchse und Scherkraftmeßbolzen bestehenden Gleitpaarung aus. Wegen der niedrigeren Kantenpressung wird schließlich die Belastung des in der Fertigung und Montage relativ teuren Scherkraftmeßbolzens reduziert und somit dessen Le­ bensdauer erhöht.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Er­ findung möglich.

Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Ausführungsform der Erfindung ist die Buchse in der Durchgangsöffnung drehfest gehalten, wobei die Buchse mit dem Scherkraftmeßbolzen eine Gleitpaarung bildet und derart ausgebildet ist, daß sie im Hinblick auf Verschleißbedingungen wie Härte, Oberflächenrauhigkeit, Ma­ terial etc. den eher zu Verschleiß neigenden Gleitpartner bildet. Hierzu kann ins­ besondere das Material der Buchse relativ weich und das des Scherkraftmeßbol­ zens einsprechend hart gewählt werden. Folglich findet der mit der Zeit auftreten­ de Verschleiß in der kostengünstigen und leicht auswechselbaren Buchse anstatt am ungleich teureren Scherkraftmeßbolzen statt.

Gemäß einer Weiterbildung wird der tragende Bereich der radial äußeren Umfangsfläche des Scherkraftmeßbolzens durch eine zylindrisch glatte Fläche ohne Einstiche oder Stufen gebildet. Dies wirkt sich wegen fehlender Kerben günstig auf die Dauerfestigkeit des als Gelenkbolzen wirkenden Scherkraftmeß­ bolzens aus. Außerdem ist der Scherkraftmeßbolzen hierdurch einfacher und kostengünstiger zu fertigen.

Eine bevorzugte Maßnahme sieht vor, daß der Scherkraftmeßbolzen einen endseitigen, im Durchmesser vergrößerten Bolzenkopf aufweist, in welchem eine Sensorsignal-Auswerteelektronik aufgenommen ist. Folglich bildet der Scherkraftmeßbolzen ein komplettes Meßmodul, welches einer Bremskraftrege­ lung Signale liefern kann. Damit kann der Scherkraftmeßbolzen als in sich ge­ schlossenes Meßmodul in den Regelkreis beliebiger Bremszuspanneinrichtungen integriert werden, was die Montage, den Austausch oder die Umrüstung stark ver­ einfacht. Insbesondere weist der Scherkraftmeßbolzen dann nur eine standardi­ sierte Schnittstelle auf, welche auch von Nicht-Fachkräften an eine Bremskraft­ regeleinrichtung angeschlossen werden kann.

In besonders bevorzugender Weise sind Meßaufnehmer, eine Anschluß­ verkabelung für die Sensorsignal-Auswerteelektronik sowie die Sensorsignal- Auswerteelektronik selbst jeweils redundant vorgesehen. Damit wird eine erhöhte Zuverlässigkeit der Meßanordnung erzielt, außerdem ist eine Plausibilitätsprüfung durch Vergleich der Meßsignale zweier oder mehrerer Meßkreise möglich.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Bremszuspanneinrichtung mit einem integrierten Scherkraftmeßbolzen;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Scherkraftmeßbolzens von Fig. 1 entlang der Linie II-II.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 insgesamt mit 1 bezeichnete, vorzugsweise elektromecha­ nische Bremszuspanneinrichtung ist für ein Schienenfahrzeug vorgesehen und beinhaltet einen Bremsaktuator 2 mit einer Betriebsbremseinheit und einer Spei­ cherbremseinheit. Die Betriebsbremseinheit hat einen elektrischen Antrieb, bei­ spielsweise einen elektrischen Stellmotor 4, der in einem Aktuatorgehäuse 6 des Bremsaktuators 2 untergebracht ist. Ein mechanischer Kraftumsetzer 8 dient zur Umsetzung der vom Bremsaktuator 2 abgegebenen Energie in eine Bremszu­ spannbewegung.

Der Stellmotor 4 versetzt eine koaxiale Bremsspindel 10 in Drehung, welche durch den Kraftumsetzer 8 in eine Bremszuspannbewegung von Bremsbelägen 12 in Richtung auf eine Bremsscheibe 14 gewandelt werden. Der Kraftumsetzer 8 umfaßt unter anderem eine Spindel/Mutter-Baueinheit 16 mit einer auf der Brems­ spindel 10 drehbar gelagerten Spindelmutter 18, welche bei Drehung der Brems­ spindel 10 Linearbewegungen in Richtung der Spindelachse ausführen kann. Das vom Stellmotor 4 abgewandte Ende der Bremsspindel 10 ragt in einen zylindri­ schen Hohlabschnitt eines Pleuels 20 hinein, der mit der Spindelmutter 18 axial­ fest verbunden ist. Außerdem ist der zylindrische Hohlabschnitt des Pleuels 20 in einer Schiebehülse 22 axialfest gehalten, gegen welche wenigstens eine sich am Aktuatorgehäuse 6 abstützende Speicherfeder 24 in Bremslösestellung vorge­ spannt ist. Die Speicherfeder 24 ist Teil der Speicherbremseinheit und dient als Energiespeicher zum Speichern und Abgeben von Energie zum Zuspannen der Bremse als betriebliche Notbremse im Sinne einer unterlegten Sicherheitsebene bei Ausfall der Betriebsbremseinheit und/oder als Park- oder Feststellbremse. Sowohl die Betriebs- als auch die Speicherbremseinheit wirken auf den Pleuel 20. Die Speicherfeder 24 ist durch eine Verriegelungseinrichtung 26 in der vorge­ spannten Stellung gehalten.

Ein plattenförmiger Pleuelkopf 28 des Pleuels 20 ragt aus der Schiebehülse 22 heraus und ist mit einem Pleuelauge 30 versehen. Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, durchragt ein Gelenkbolzen 32 das Pleuelauge 30 sowie hierzu koaxi­ ale Durchgangsbohrungen 34 von das Pleuelauge 30 axial umgreifenden, an ei­ ner endseitigen Gabel 35 eines Bremshebels 36 ausgebildeten Wangen 38. Die Wangen 38 des Bremshebels 36, der Pleuelkopf 28 und der Gelenkbolzen 32 bil­ den zusammen ein Gelenk 40 des Kraftumsetzers 8, wodurch der Bremshebel 36 am Pleuel 20 senkrecht zur Spindelachse 42 angelenkt ist. Bei Antrieb der Bremsspindel 10 in Bremszuspannrichtung bzw. bei Lösen der Verriegelungsein­ richtung 26 der Speicherfeder 24 wird aufgrund des dann axial ausfahrenden Pleuels 20 der Gelenkbolzen 32 unter anderem durch im wesentlichen senkrecht zur Bolzenachse 44 angreifende Scherkräfte beansprucht, während sich der Bremshebel 36 gegenüber dem Pleuel 20 verdreht.

Das andere Ende des Bremshebels 36 wirkt auf eine Exzenteranordnung mit einer Exzenterwelle 46, die an einen Zangenhebel 48 angelenkt ist, der zu­ sammen mit einem weiteren Zangenhebel 50 eine Bremszange 52 bildet. An den einen Enden der Zangenhebel 48, 50 sind jeweils Belaghalter 54 mit Bremsbelä­ gen 12 angeordnet, die in Richtung der Achse der Bremsscheibe 14 verschieblich sind. Die von den Bremsbelägen 12 abgewandt liegenden Enden der Zangenhe­ bel 48, 50 sind miteinander über einen Druckstangensteller 56 verbunden, der vorzugsweise elektrisch betätigt ausgelegt ist. Die beschriebene Anordnung bildet ebenfalls einen Teil des Kraftumsetzers 8, der die vom Stellmotor 4 oder von der Speicherfeder 24 veranlaßten Ausfahrbewegungen des Pleuels 20 in eine Brems­ zuspannbewegung der Bremsbeläge 12 in Richtung auf die Bremsscheibe 14 wandelt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird der Gelenkbolzen 32 des Gelenks 40 durch einen Scherkraftmeßbolzen 58 gebildet. Der Scherkraftmeßbolzen 58 ist mit we­ nigstens einem Meßaufnehmer 60 zur Messung von Größen versehen, aus wel­ chen die an den Bremsbelägen 12 wirkende Bremskraft mittelbar oder unmittelbar ableitbar ist. In bevorzugter Ausführungsform wird der Meßaufnehmer durch Kraftmeßzellen 60 in Dünnfilmtechnik gebildet, welche beispielsweise in senkrecht zur Bolzenachse 44 verlaufenden Querbohrungen 62 aufgenommen und dort vor­ zugsweise laserverschweißt sind. Die Querbohrungen 62 befinden sich im Bereich der von senkrecht zur Bolzenachse 44 verlaufenden, radialen Stoßebenen 68 des Pleuelkopfes 28 mit den Wangen 38 der Gabel 35 des Bremshebels 36 und somit im Bereich von Scherebenen des bei Betätigung des Bremsaktuators 2 durch ge­ genläufige Kräfte auf Scherung beanspruchten Scherkraftmeßbolzens 58. Die Kraftmeßzellen 60 erzeugen aufgrund der mit gegensinnig wirkenden Scherkräften hervorgerufenen elastischen Scherverformungen des Scherkraftmeßbolzens 58 proportionale Signale und liefern diese an eine Sensorsignal-Auswerteelektronik 64.

Alternativ kann anstatt der Kraftmeßzellen 60 jegliche andere Art von Me­ ßaufnehmer verwendet werden, mit welchen die im Betrieb auftretenden elasti­ schen Verformungen des Scherkraftmeßbolzens 58 meßbar sind, so beispielswei­ se Druckmeßumformer, die vorzugsweise nach kapazitivem, piezoelektrischem o­ der piezoresistivem Prinzip arbeiten.

Der Scherkraftmeßbolzen 58 hat einen endseitigen, im Durchmesser ver­ größerten Bolzenkopf 66, in welchem die Sensorsignal-Auswerteelektronik 64 untergebracht ist, vorzugsweise dadurch, daß sie in den Bolzenkopf 66 eingegos­ sen ist, wodurch eine schwingungsdämpfende oder schwingungsentkoppelte Auf­ nahme gegeben ist. Bei Verwendung von Dehnmeßstreifen als Meßelement 60 beinhaltet die Auswertelektronik 64 beispielsweise eine DMS-Brückenverstärker­ schaltung. Die Dehnmeßstreifen bilden beispielsweise eine vollständige oder zu­ mindest halbe Meßbrücke aus. Das Signal dieser Meßbrücke wird durch die Aus­ werteelektronik 64 verstärkt und aufbereitet. Die Dehnmeßstreifen sind vorzugs­ weise in einer axialen Bohrung des Scherkraftmeßbolzens gehalten.

Im Montagezustand schlägt die obere Wange 38 des Bremshebels 36 an einer stirnseitigen Ringfläche des Bolzenkopfes 66 axial an. Das vom Bolzenkopf 66 weg weisende Ende des Scherkraftmeßbolzens 58 hat eine quer zur Bolzen­ achse 44 verlaufende Außennut 70 zur Aufnahme eines lagesichernden Spreng­ rings, so daß die Wangen 38 der Gabel 35 des Bremshebels 36 am Pleuelkopf 28 des Pleuels 20 spielbehaftet anliegen können und es in den Stoßebenen 68 zu Relativbewegungen kommen kann. In ihrem tragenden, d. h. die Wangen 38 und das Pleuelauge 30 aufnehmenden Bereich bildet die radial äußere Umfangsfläche des Scherkraftmeßbolzens 58 eine zylindrisch glatte Fläche ohne Einstiche oder Stufen.

In der Sensorsignal-Auswertelektronik 64 findet eine Umrechnung der Scherverformungssignale in Signale für die jeweils an den Bremsbelägen 12 wir­ kende Ist-Bremskraft statt, welche an eine nicht dargestellte Steuerungs- und Re­ gelungseinrichtung weitergeleitet werden, um anhand eines Soll-Ist-Vergleichs ei­ ne gewünschte Soll-Bremskraft einregeln zu können. Darüber hinaus dienen die empfangenen Signale für die Ist-Bremskräfte zur Überwachung der Krafteinsteue­ rung und Funktionsfähigkeit der Bremszuspanneinrichtung 1 bei sicherheitsrele­ vanten Bremsungen. Zur Verifizierung der Meßergebnisse kann außerdem der antriebsseitig durch einen Stromsensor gemessene Motorstrom mit dem Signal für die Ist-Bremskraft abgeglichen werden. Vorzugsweise sind die Meßaufnehmer 60, eine Anschlußverkabelung 72 für die Sensorsignal-Auswerteelektronik 64 sowie die Sensorsignal-Auswerteelektronik 64 selbst jeweils in redundanter Ausführung vorgesehen. Weiterhin sind die redundant vorhandenen Anschlußverkabelungen 72 jeweils mit einer eigenen Abschirmung versehen.

Im Pleuelauge 30 des Pleuelkopfes 28 und in den Durchgangsbohrungen 34 der Wangen 38 der Gabel 35 des Bremshebels 36 sind vorzugsweise je eine zylindrische Buchse 74, 76, 78 drehfest gehalten, beispielsweise durch Einpres­ sen. Jede der Buchsen 74, 76, 78 bildet mit dem Scherkraftmeßbolzen 58 eine Gleitpaarung, wobei die Relativbewegung an den radial inneren Umfangsflächen der Buchsen 74, 76, 78 stattfindet. Die Buchsen 74, 76, 78 sind vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie im Hinblick auf Verschleißbedingungen wie Härte, O­ berflächenrauhigkeit, Material etc. gegenüber dem Scherkraftmeßbolzen 58 den eher zu Verschleiß neigenden Gleitpartner bilden. Vorzugsweise bestehen die Buchsen 74, 76, 78 aus einem Sintermetall, beispielsweise aus einer Sinterbronze und der Scherkraftmeßbolzen 58 aus gehärtetem Stahl. Solche Sintermetalle können bis zu 35% ihres Volumens an Öl aufnehmen und durch Kapillarwirkung ihre Gleitfläche selbst schmieren.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weisen die Buchsen 74, 76, 78 im wesentlichen die gleiche axiale Länge wie die sie tragenden Durchgangsbohrungen 34 bzw. wie das Pleuelauge 30 auf und sind mit radial inneren Randausnehmungen 80 verse­ hen, welche beispielsweise umlaufend ringförmig ausgebildet sind und im wesent­ lichen einen Rechteckquerschnitt aufweisen. Alternativ können die Randausneh­ mungen 80 jegliche andere Form aufweisen. Folglich sind die radial inneren Randausnehmungen 80 einander zugewandt und im Bereich der beiden radialen Stoßebenen 68 der Wangen 38 mit dem Pleuelkopf 28 und damit in den Ebenen angeordnet, in welchen auch die Querbohrungen 62 mit den Meßaufnehmern 60 liegen. Die größte Scherbelastung des Scherkraftmeßbolzens 58 ist im Bereich dieser Stoßebenen 68 vorhanden, wobei hierbei, wie anhand von Fig. 2 leicht vor­ stellbar ist, die axialen Randbereiche 82 der Buchsen 74, 76, 78 auf Biegung be­ lastet werden. Wegen der radial inneren Randausnehmungen 80 sind die Rand­ bereiche 82 der Buchsen 74, 76, 78 nachgiebiger als die angrenzenden Bereiche, wodurch hohe Kantenpressungen vermieden werden. Die hieraus resultie­ rende Vergleichmäßigung der Spannungen wirkt sich positiv auf das Tragbild der aus Buchsen 74, 76, 78 und Scherkraftmeßbolzen 58 bestehenden Gleitpaarun­ gen aus.

Claims (13)

1. Bremszuspanneinrichtung (1), insbesondere für eine Schienenfahr­ zeugbremse, mit einem Bremsaktuator (2) zum Zuspannen und/oder Lösen der Bremse und mit einem Kraftumsetzer (8) zur Umsetzung der vom Bremsaktuator (2) abgegebenen Energie in eine Bremszuspann­ bewegung, wobei der Kraftumsetzer (8) einen im Kraftfluß angeordne­ ten, mit wenigstens einem Meßaufnehmer zur mittelbaren oder unmit­ telbaren Bremskraftmessung versehenen Scherkraftmeßbolzen (58) beinhaltet, welcher einen Durchgangsöffnungen (30, 34) von wenigs­ tens zwei gegeneinander verschwenkbaren Kraftübertragungselemen­ ten (20, 36) des Kraftumsetzers (8) durchragenden Gelenkbolzen (32) eines Gelenks (40) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer Durchgangsöffnung (30, 34) eines Kraftübertragungselements (20, 36) und dem Scherkraftmeßbolzen (58) eine mit radial inneren Randausnehmungen (80) versehene Buchse (74, 76, 78) radial zwi­ schengeordnet ist.

2. Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Buchse (74, 76, 78) in der Durchgangsöffnung (30, 34) drehfest gehalten ist.

3. Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Buchse (74, 76, 78) mit dem Scherkraftmeßbolzen (58) ei­ ne Gleitpaarung bildet und derart ausgebildet ist, daß sie im Hinblick auf Verschleißbedingungen wie Härte, Oberflächenrauhigkeit, Material etc. den eher zu Verschleiß neigenden Gleitpartner bildet.

4. Bremszuspanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Durchgangsöffnung (30, 34) eine Buchse (74, 76, 78) zugeordnet ist.

5. Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Buchsen (74, 76, 78) im wesentlichen die gleiche axiale Länge wie die zugeordneten Durchgangsöffnungen (30, 34) aufweisen und radial innere Randausnehmungen (80) im Bereich von Stoß­ ebenen (68) der Kraftübertragungselemente (20, 36) angeordnet sind.

6. Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßaufnehmer (60) in Querbohrungen (62) oder in axialen Bohrungen des Scherkraftmeßbolzens (58) gehalten sind.

7. Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Querbohrungen (62) im Bereich der Stoßebenen (68) der Kraftübertragungselemente (20, 36) angeordnet sind.

8. Bremszuspanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Kraftübertragungselement (20) ein eine Durchgangsöffnung bildendes Auge (30) und das andere Kraftübertragungselement (36) eine Gabel (35) mit das Auge (30) axial umgreifenden und je eine Durchgangsöffnung (34) aufweisenden Wan­ gen (38) umfaßt.

9. Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das eine Kraftübertragungselement durch einen vom Brems­ aktuator (2) betätigbaren Pleuel (20) und das andere Kraftübertra­ gungselement durch einen Bremshebel (36) einer Bremszange (52) gebildet wird.

10. Bremszuspanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein tragender Bereich der radial äuße­ ren Umfangsfläche des Scherkraftmeßbolzens (58) durch eine zylind­ risch glatte Fläche gebildet wird.

11. Bremszuspanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer Dehnmeßstreifen, Kraftmeßzellen in Dünnfilmtechnik (60) oder Druckmeßelemente bein­ haltet.

12. Bremszuspanneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Scherkraftmeßbolzen (58) einen endseitigen, im Durchmesser vergrößerten Bolzenkopf (66) aufweist, in welchem eine Sensorsignal-Auswerteelektronik (64) aufgenommen ist.

13. Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Meßaufnehmer (60), eine Anschlußverkabelung (72) für die Sensorsignal-Auswerteelektronik (64) sowie die Sensorsignal- Auswerteelektronik (64) jeweils redundant vorgesehen sind.