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K N 0 R R-B R E M S E GmbH., München 13, Moosacherstraße 80 Druckmittelbremse
für Schienenfahrzeuge.
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Die Neuerung betrifft eine insbesondere für Schienenfahrzeuge geeignete
Bremsvorrichtung, die mit einer durch ein Druckmittel betätigbaren Reibungsbremse
ausgestattet ist, deren Reibwert sich infolge an den Reibelementen auftretender,
durch Reibungswärme bedingter Verformungen in Abhängigkeit von den bei Beginn von
Bremsungen vorhandenen Geschwindigkeiten ändert.
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Es ist bekannt, während eines Bremsvorganges den geschwindigkeitsabhängigen
Verlauf des Reibwertes von Reibungsbremsen dadurch zu berücksichtigen, daß die Anpreßkraft
für die Bremsklötze reziprok oder annähernd reziprok zu den Änderungen des Reibwertes
bei Fahrgeschwindigkeitsänderungen gesteuert wird.
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Hierzu dienen im allgemeinen sogenannte Achslagerbremsdruckregler,
welche die Anpreßkraft während eines Bremsvorganges mit sinkender Fahrgeschwindigkeit
kontinuierlich oder stufig - oftmals genügt für den praktischen Betrieb eine Stufe-absenken.
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Diese Achslagerbremsdruckregler sind jedoch nicht geeignet, die insbesondere
bei mit Gußeisenbremsklötzen ausgestatteten Reibungsbremsen in Abhängigkeit von
der zu Beginn einer Bremsung
herrschenden Fahrgeschwindigkeiten
auftretenden Reibwertänderungen zu berücksichtigen, die vor allem aus einer unterschiedlichen,
von der Fahrgeschwindigkeit bei Bremsbeginn abhängigen Aufheizung der Reibflächen
während des Bremsvorganges resultieren.
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Es ist weiterhin eine Bremseinrichtung bekannt, welche einen fahrgeschwindigkeitsabhängig
gesteuerten Druckregler aufweist.
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Bei einer Bremsung aus hoher Fahrgeschwindigkeit steuert der Druckregler
einen der Geschwindigkeit zu Beginn der Bremsung entsprechenden Korrekturwert für
den Bremszylinderdruck in einen Druckübersetzer ein. Sobald die Fahrgeschwindigkeit
jedoch unter eine bestimmte Grenze, beispielsweise 50 km/h, abgesunken ist, wird
bei dieser Bremseinrichtung der Korrekturwert beseitigt und der Bremszylinder mit
einem nur von der eingeleiteten Bremsstufe abhängigen Druck beaufschlagt. Der augenblickliche
Zustand der Bremsklötze in Abhängigkeit von Beanspruchungen aus der vorangehenden
Teilbremsung aus hoher Fahrgeschwindigkeit wird also während des Bremsabschnittes
in niedriger Fahrgeschwindigkeit nicht mehr berücksichtigt. Daraus ergibt sich eine
unnötige Verlängerung des ganzen Bremsweges.
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Die Aufgabe der Neuerung besteht in der Schaffung einer Bremsvorrichtung
der eingangs genannten Art, welche zwecks Erzielung eines optimalen Bremsverhaltens
die vorstehend beschriebene Änderung des Reibwertes in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
bei Bremsbeginn während der ganzen Bremsung berücksichtigt.
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Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Bremsvorrichtung
von der Fahrzeuggeschwindigkeit beeinflußte Steuermittel vorgesehen sind, welche,
bezogen auf eine Bremsstufe, die Anpreßkraft der Reibungsbremse in Abhängigkeit
von der bei Bremsbeginn vorhandenen Fahrgeschwindigkeit korrigierend steuern, wobei
diese Steuermittel nach Bremsbeginn unter Beibehaltung des durch sie eingesteuerten
Korrekturwertes der Anpreßkraft bis zum Lösen der Bremse unwirksam werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Neuerung läßt sich dadurch erzielen,
daß die Steuermittel ein Druckregelventil für den Korrekturwert der Anpreßkraft
aufweisen, das fahrgeschwindigkeitsabhängig von einem an sich bekannten Elektromagneten
oder Fliehkraftregler gesteuert wird, daß das Druckregelventil direkt oder indirekt
einen den Bremszylinderdruck regelnden Druckübersetzer korrigierend mitsteuert,
wobei zwischen beide ein vom Bremszylinderdruck oder diesem proportionalen Druck
gesteuerte Ventileinrichtung eingeschaltet ist, welche nach Bremsbeginn erfolgende
Steuereinflüsse des Druckregelventils unwirksam macht, und daß die neuerungsgemäße
Bremsvorrichtung mit einer zusätzlichen, an sich bekannten, durch die Fahrgeschwindigkeit
beeinflussten Regeleinrichtung kombiniert ist, welche die Anpreßkraft der Reibungsbremse
während des Bremsen reziprok oder annähernd reziprok zum reibungsgeschwindigkeitsabhängig
variierenden Reibwert ändert. Die Abbildungen 1 und 2 zeigen den Bremsverlauf an
einem Fahrzeug
bei einer Bremsstufe ohne bzw. mit der neuerungsgemäßen
Bremsvorrichtung, wobei jeweils die Bremsverzögerung über der Fahrgeschwindigkeit
aufgetragen ist. In der Abbildung 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Neuerungsgegenstandes
schematisch dargestellt.
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In der Abbildungen 1 und 2 ist auf der Ordinate die Bremsverzögerung
b bei einer Bremsstufe und auf der Abszisse die Fahrgeschwindigkeit V eines Fahrzeuges
aufgetragen. Aus Abb. 1., die für ein nicht mir der neuerungsgemäßen Bremsausrüstung
ausgestattetes Fahrzeug gilt, ist ersichtlich, daß aus dem bereits angeführten Grunde
bei einer beispielsweise durch die strichpunktiert eingezeichnete Gerade 1 gekennzeichneten,
bestimmten Fahrgeschwindigkeit die Bremsverzögerung eines Fahrzeuges nicht immer
den gleichen Wert aufweist, sondern je nach der Fahrgeschwindigkeit, welche zu Beginn
der Bremsung herrschte, verschiedene Werte annimmt. Beispielsweise weist bei einer
durch die Kurve 5 gekennzeichneten Bremsung, beginnend mit der durch die Gerade
1 bestimmten Geschwindigkeit, die Bremsverzögerung bei dieser Geschwindigkeit einen
hohen Wert auf ; mit steigender Geschwindigkeit zu Bremsbeginn, durch die Geraden,
2,3 und 4 verdeutlicht, sinkt die Bremsverzögerung bei der vermittels der Geraden
1 dargestellten Geschwindigkeit entsprechend den Werten der Schnittpunkte dieser
Geraden 1 mit den Verzögerungskurven 6, 7 und 8. Aus dieser Darstellung ist deutlich
der Nachteil zu ersehen, daß insbesondere bei Schnellbremsungen aus einer
hohen
Geschwindigkeit im Bereich niedriger Geschwindigkeiten nicht die maximal mögliche
Bremsverzögerung erzielt werden kann.
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Die neuerungsgemäße Bremsvorrichtung beseitigt diesen Nachteil, indem
sie die Verzögerungskurven 6, 7 und 8 entsprechend der Fahrgeschwindigkeit zu Bremsbeginn
derart anhebt, daß sie sich möglichst mit der Verzögerungskurve 5 bei niederer Fahrgeschwindigkeit
zu Bremsbeginn decken. Hierdurch entsteht, wie in Abb. 2 gezeigt, eine einen geringen
Streubereich aufweisende, von der Fahrgeschwindigkeit zu Bremsbeginn nahezu unabhängige
Verzögerungskurve. In den Abbildungen 1 und 2 ist gestrichelt der Verzögerungsverlauf
bei Vorhandensein eines einstufig arbeitenden Achslagerbremsdruckreglers in der
Bremsanlage eingezeichnet. Bei absinkender Fahrgeschwindigkeit unter einem bestimmten
Grenzwert wird hierbei während des Bremsvorganges die Anpreßkraft der Reibungsbremse
und damit die Bremsverzögerung abgesenkt, um ein Blockieren der Fahrzeugräder infolge
des wachsenden Reibwertes der Reibungsbremse zu vermeiden.
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Die Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer derartigen, neuerungsgemäßen
Bremsanlage. An eine Hauptluftlei-Lng 11 ist ein Dreidrucksteuerventil 13 üblicher
Bauart angeschlossen, das über eine Leitung 15 mit einem Bremsluftbehälter 17 und
eine Leitung 19 mit einem Druckübersetzer 21 in Verbindung steht.
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Der Druckübersetzer 21 weist vier Kolbenkammern 23,25,27,29 auf, die
jeweils eine Fläche insgesamt zweier Kolben 31,33 beaufschlagen.
Zwei
der Kolbenkammern (25,27) sind durch eine Zwischenwand 35 voneinander getrennt,
eine (23) ist durch die Aussenwandung des Druckübersetzers 21 begrenzt und die vierte
(29) mittels einer mit einem Ventilsitz 37 versehenen Trennwand 39 von einem Ventilraum
41 abgetrennt. Die beiden Kolben 31,33 sind durch eine zu einem Ventilrohr 43 ausgebildete
Kolbenstange miteinander verbunden, welche die Zwischenwand 35 abgedichtet durchbricht,
einerseits ins Freie führt und andererseits innerhalb der Kolbenkammer 29 vor einer
dem Ventilsitz 37 zugeordneten Doppeldichtplatte 45 mit einem Ventilsitz endet.
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Eine Feder 47 drückt das Kolbensystem des Druckübersetzers 21 gemäß
der Abbildung nach links, eine weitere Feder 49 hält die Doppeldichtplatte 45 auf
dem Ventilsitz 37. Der Ventilraum 41 steht über eine Leitung 51 mit dem Bremsluftbehälter
17 in Verbindung, von der Kolbenkammer 29 führt eine Leitung zu einem Bremszylinder
53 und in die Kolbenkammer 27 mündet die Leitung 19 ein. Die Kolbenkammer 25 steht
über eine Leitung 55, die von einem mittels eines Kolbens 57 betätigten, bei mangelnder
Beaufschlagung desselben durch eine Regelfeder 59 offengehaltenen Absperrventil
61 überwacht ist, mit der Kolbenkammer 29 in Verbindung. Die Kolbenkammer 23 ist
mit dem Ventilraum 63 eines Schaltventiles 65 verbunden, in welchem sich eine Mehrfachdichtplatte
67 befindet, die einerseits einen Luftauslaß 68 aus dem Ventilraum 63 überwacht
und andererseits mittels einer Feder 69 gegen einen, den Luftdurchtritt zwischen
dem Ventilraum 63 und einer Kammer 71 überwachenden, an einer Zwischenwand befestigten
Ventilsitz
73 gedrückt wird. Die Kammer 71 durchragt ein vor der Dichtplatte 67 mit einem Ventilsitz
endendes Ventilrohr 75, das abgedichtet in einen der Kammer 71 benachbarten Raum
77 führt und dort mit einer abgedichtet in einen mit Aussenluft beaufschlagten Federraum
79 ragenden Kolbenstange verbunden ist.
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Die Kolbenstange ist in letzterem Federraum 79 an einem einerseits
durch eine Feder 81, andererseits über eine Zweigleitung und eine Kolbenkammer 83
vom Druck der Leitung 19 beaufschlagten Schaltkolben 85 befestigt. Der Raum 71 steht
mit einem Luftbehälter 87 in Verbindung und von der Kammer 77 führt eine Beitung
89 über eine Drossel 91 in die Kolbenkammer 93 eines Druckreglers 95, die einerseits
durch einen Kolben 97 von einem mit Aussenluft beaufschlagten Raum 99 und andererseits
mittels einer einen Ventilsitz 101 tragenden Zwischenwand von einer mit dem Bremsluftbehälter
17 in Verbindung stehenden Ventilkammer 103 abgetrennt ist. Gegen den Ventilsitz
101 wird mittels einer Feder 105 eine Doppeldichtplatte 107 angepresst, deren zweiter
Dichtfläche in der Kolbenkammer 95 der Ventilsitz eines Ventilrohres 109 zugeordnet
ist, das am Kolben 97 befestigt ist und in den Raum 99 führt. Am Druckregler 95
ist ein Elektromagnet 111 angeflanscht, dessen Anker 113 bei Erregung den Kolben
97 gemäß der Abbildung entgegen der Kraft einer Feder 115 nach links zu drücken
sucht. Der Kolben 57 des Absperrventiles 61 wird in Schließrichtung des Ventiles
über eine Leitung 117 vom Druck der Leitung 89 beaufschlagt. Die Erregung des Elektromagneten
111 erfolgt durch einen von den Fahrzeugrädern fahrgeschwindigkeitsabhängig
angetriebenen
und eine fahrgeschwindigkeitsabhängige Spannung liefernden Generator 119.
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Im Ruhezustand, bei gelöster Bremse, nehmen die Einzelteile der Bremsanlage
ihre gezeigten Stellungen ein. Der in der Hauptluftleitung 11 herrschende Regeldruck
lädt über das Dreidrucksteuerventil 13 und die Leitung 15 den Bremsluftbehälter
17 auf Regeldruckhöhe auf, die Leitung 19 und damit die Kolbenkammer 27 des Druckübersetzers
21 und die Kolbenkammer 83 des Schaltventiles 65 sind über das Steuerventil 13 entlüftet.
Das Ventilrohr 43 des Druckübersetzers 21 ist durch die Kraft der Feder 47 von der
Dichtplatte 45 abgehoben, so daß der Kolbenraum 29, der Bremszylinder 53 und bei
geöffnetem Absperrventil 61 auch die Kolbenkammer 25 mit der Aussenluft in Verbindung
stehen. Die Feder 81 des Schaltventils 65 hebt das Ventilrohr 75 von der am Ventilsitz
73 anliegenden Mehrfachdichtplatte 67 ab, so daß die Räume 71 und 77 miteinander
in Verbindung stehen und der Ventilraum 63 sowie die Kolbenkammer 23 über den Luftauslaß
68 entlüftet sind. Bei stehendem Fahrzeug und fehlender Erregung des Elektromagneten
111 drückt die Feder 115 den Kolben 97 des Druckreglers 95 gemäß der Abbildung nach
rechts, so daß die Kolbenkammer 93 über das Ventilrohr 109 mit Aussenluft beaufschlagt
ist. Bei fahrendem Fahrzeug wird, abhängig von der Fahrgeschwindigkeit, der Elektromagnet
111 mit unterschiedlicher Stärke erregt und drückt hierbei über seinen Anker 113
den Kolben 97 nach links, wobei sich das Ventil 107,109 schließt und das Ventil
101,
107 öffnet, so daß Druckluft aus dem Bremsluftbehälter 17 über den Ventilraum 103
in die Kolbenkammer 93 einströmt.
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Bei genügender Beaufschlagung der Kolbenkammer 93 und konstanter Fahrgeschwindigkeit
drückt der Kolben 97 den Kern des Elektromagneten 111 nach rechts, bis das Ventil
101,107 wieder geschlossen ist. Bei steigender Fahrgeschwindigkeit steigt die Erregung
des Elektromagneten 111 und dessen Anker 113 öffnet das Einlaßventil 101,107, bis
durch die in die Kolbenkammer 93 nachströmende Druckluft ein neues Kräftsgleichgewicht
erreicht ist. Bei mit sinkender Fahrgeschwindigkeit abnehmender Erregung des Elektromagneten
drückt der in der Kolbenkammer 93 herrschende Druck den Kolben 97 nach rechts, wobei
sich das Auslaßventil 109, 107 öffnet und Druckluft aus der Kolbenkammer 93 über
den Raum 99 ins Freie entläßt. Der in der Kolbenkammer 93 herrschende, fahrgeschwindigkeitsabhängige
Druck beaufschlagt über die Leitungen 89, 117 den Kolben 57 des Absperrventils 61,
dessen Regelfeder 59 bis zu einer bestimmten Beaufschlagung die Verbindungsleitung
55 zwischen den Kolbenkammern 29 und 25 geöffnet erhält und erst bei Erreichen eines
bestimmten Grenzdrucks abschließt. Das Absperrventil 61 ist also bis zu einer gewissen
Fahrgeschwindigkeit geöffnet und schließt sich nur im Vereich höherer Geschwindigkeiten.
Zugleich beaufschlagt die Kolbenkammer 93 über die Leitung 89 und das Ventilrohr
75 des Schaltventiles 65 den Luftbehälter 87 mit dem in ihr herrschenden Druck.
Bei einer Bremsung aus hoher Fahrgeschwindigkeit, bei geschlossenem
Absperrventil
61, belüftet das Dreidrucksteuerventil 13 die Kolbenkammer 27 des Druckübersetzers
21 und die Kolbenkammer 83 des Schaltventiles 65 aus dem Bremsluftbehälter 17 über
die Leitung 19 in an sich bekannter Weise. Der Kolben 85 des Schaltventiles 65 wird
abwärts gedrückt und schließt hierbei das Ventil 75, 67 sowie den Luftauslaß 68
und öffnet das Ventil 67, 73.
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Das Kolbensystem des Druckübersetzers 21 wird also zusätzlich zur
Beaufschlagung der Kolbenkammer 27 über das Dreidrucksteuerventil 13 noch vermittels
des aus dem entsprechend der Fahrgeschwindigkeit zu Bremsbeginn aufgeladenen Luftbehälter
87 in die Kolbenkammer 23 einströmenden Druckes im Bremssinn beaufschlagt.
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Das Auslaßventil 43,45 des Druckübersetzers 21 schließt und das Einlaßventil
37,45 öffnet sich, bis sich aus dem Bremsluftbehälter 17 über die Leitung 51 und
den Ventilraum 41 ein ein Kräftsgleichgewicht bewirkender Druck in der Kolbenkammer
29 und dem Bremszylinder 53 aufgebaut hat. Die durch die Bremsung bewirkte Verringerung
der Fahrgeschwindigkeit bedingt eine dieser proportionale Druckabnahme in der Kolbenkammer
93 des Druckreglers 95, doch kann sich diese Druckänderung infolge des geschlossenen
Ventiles 75, 67 nicht auf die Kolbenkammer 23 auswirken. In dieser Kolbenkammer
23 herrscht also ein nur von der Fahrgeschwindigkeit zu Bremsbeginn abhängiger Druck.
Bei Erreichen der durch den Schaltpunkt der Regelfeder 59 bestimmten Geschwindigkeit
öffnet die Regelfeder 59 entgegen der abnehmenden Beaufschlagung des Kolbens 57
durch den Druckregler 95 das Absperrventil 61, so daß der im Bremszylinder 53 herrschende
Druck
über die Leitung 55 auch die Kolbenkammer 25 des Druckübersetzers 21 beaufschlagt.
Diese zusätzliche Beaufschlagung des Kolbensystems des Druckübersetzers 21 bedingt
eine teilweise Entlüftung der Kolbenkammer 29 und damit auch des Bremszylinders
53, bis sich bei Erreichen eines neuen Kräftegleichgewichtes eine neue Abschlußstellung
einstellt.
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Zur Änderung der Bremsstufe in die Kolbenkammer 27 eingesteuerte Druckänderungen
bewirken in bekannter Weise diesen proportionale Druckänderungen im Bremszylinder
53 durch Öffnen des Ein-bzw. Auslaßventiles 37 bzw. 43 und 45.
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Beim Lösen der Bremse wird die Leitung 19 und die an diese angeschlossenen
Kolbenkammern 27,83 über das Dreidrucksteuerventil 13 entlüftet und der Bremsluftbehälter
17 wieder auf hegeldruckhöhe aufgeladen. Das Ventil 43, 45 des Druckübersetzers
21 öffnet sich hierbei und entlüftet den Bremszylinder 53 sowie über das geöffnete
Absperrventil 61 und die Leitung 55 auch die Kolbenkammer 25. Die Feder 81 hebt
den Kolben 85 des Schaltventiles 65 in seine obere Endlage, wodurch der Luftbehälter
87 von der Kolbenkammer 23 abgesperrt und über die Leitung 89 mit der Kolbenkammer
93 des Druckreglers 95 verbunden wird. Die Kolbenkammer 23 entlüftet sich über den
nunmehr geöffneten Luftauslaß 68 ins Freie.
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Selbstverständlich läßt sich die Steuerung des Druckreglers 75 anstelle
des Generators 119 und des Elektromagneten 111 auch mit
Hilfe eines
entsprechend der Fahrgeschwindigkeit angetriebenen Fliehkraftreglers bewerkstelligen.
Des weiteren bietet die neuerungsgemäße Bremsvorrichtung auch die Möglichkeit, je
nach Bedarf weitere, an sich bekannte Bremssteuereinrichtungen, wie beispielsweise
lastabhängig gesteuerte Druckübersetzer, Bremsbeschleunigungseinrichtungen und dergleichen
einzufügen. Falls gewünscht ist es zwecks Erzielung einer Abhängigkeit des mittels
des Druckreglers 95 in den Druckübersetzer 21 eingesteuerten Korrekturwertes von
der Bremsstufe möglich, in die beide miteinander verbindende Leitung, beispielsweise
die Leitung 89, einen in seinem Übersetzungsverhältnis von der Bremsstufe abhängigen
Druckübersetzer einzuschalten.