DE19607759C1 - Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung mit einem Federspeicher, insbesondere für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Bremsbetä­ tigungsvorrichtung für eine einen Federspeicher, ein Bremsge­ stänge sowie Bremsbacken aufweisende Bremsmechanik, insbeson­ dere für Schienenfahrzeuge, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche elektromotorische Bremsbetätigungs­ vorrichtung ist in der DE 40 35 045 C2 beschrieben.

Die bekannte Bremsbetätigungsvorrichtung arbeitet vor­ teilhaft ohne eine gesonderte mechanische Nachstellvorrich­ tung. Bei der bekannten Bremsbetätigungsvorrichtung ist die Gewindemutter des Gewindetriebes zentral im federspeichersei­ tigen Federteller befestigt, welchem das Schubzugrohr vorge­ lagert ist, dessen freies Ende das Auge zur Anlenkung des Bremsgestänges trägt.

Etwa in axialer Höhe der Gewindemutter ist das Schubzug­ rohr flansch- bzw. kopfartig erweitert. Zwischen dieser flansch- bzw. kopfartigen Erweiterung ist eine Tellerfeder, die Meßfeder, angeordnet. Diese Meßfederanordnung stellt eine in den Kraftfluß der Bremse eingeschaltete federelastisch nachgiebige druckfeste Kupplung dar.

Unter Verwendung des in der AT 38 92 79 B, in der DE 37 09 952 C1 sowie in der DE 40 35 045 C2 dargestellten Steuerungs- und Regelungsprin­ zips stellt der während des Bremsvorganges zurückgelegte meßtech­ nisch verwertbare Federweg der Meßfeder ein Maß für die Höhe der jeweils wirkenden Bremskraft dar. Im zulässigen Elastizitätsbereich beträgt der Federweg der Tellerfeder in­ dessen nur etwa 1,5 mm. Dieser verhältnismäßig geringe Feder­ weg muß mittels einer mechanischen Übersetzung vergrößert werden, damit ein veränderbarer elektrischer Widerstand, der in einem Brückenzweig einer Wheatstone′schen Brücke angeord­ net ist, hinreichend differenzierbar verstellt werden kann.

Es wäre demnach eine Meßfederanordnung wünschenswert, welche von Haus aus in der Lage wäre, einen unmittelbar meß­ technisch verwertbaren größeren Federweg zu liefern. Anderer­ seits muß beachtet werden, daß die axiale Länge einer elek­ tromotorischen Bremsbetätigungsvorrichtung, damit auch die axiale Länge einer Meßfederanordnung, durch die Enge üblicher Einbaufelder, zumal bei modernen Niederflurfahrzeugen, sehr begrenzt ist.

Ausgehend von der elektromotorischen Bremsbetätigungs­ vorrichtung gemäß der DE 40 35 045 C2, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte elektromotorische Bremsbe­ tätigungsvorrichtung so weiterzuentwickeln, daß diese bei ei­ ner kompakten, insbesondere axial kurzen Bauweise zugleich eine Meßfederanordnung mit einem deutlich größeren Federweg gestattet.

Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das der Gewindemutter in Richtung Auge axial vor­ gelagerte Schubzugrohr an der Gewindemutter befestigt ist, daß Gewindemutter und Schubzugrohr im Zentrum des Federspei­ chers angeordnet und im wesentlichen gänzlich von letzterem umgeben sind, daß das Schubzugrohr in seinem Rohrinnenraum die Meßfederanordnung aufnimmt, welche von einem relativ zum Schubzugrohr in Axialrichtung begrenzt beweglichen, am Auge befestigten Meßbolzen koaxial durchsetzt ist, daß die Meßfe­ deranordnung im Kraftfluß zwischen Auge und Schubzugrohr an­ geordnet ist, und daß das mechanische Stellglied zwischen Meßbolzen und veränderbarem Widerstand angeordnet ist.

Bei der Bremsbetätigungsvorrichtung gemäß der DE 40 35 045 C2 ist die Meßfeder zwischen Gewindemutter und Schubzugrohr angeordnet. Also ist das Schubzugrohr in Axial­ richtung relativ beweglich zur Gewindemutter angeordnet. Im Unterschied zum Bekannten ist entsprechend der Erfindung das der Gewindemutter in Richtung Auge axial vorgelagerte Schub­ zugrohr an der Gewindemutter befestigt. Erfindungsgemäß bil­ den daher Schubzugrohr und Gewindemutter praktisch eine Ein­ heit, welche von Haus aus bereits zu einer axial kürzeren An­ ordnung führt.

Entsprechend einer Eigenart der Erfindung ist die Meßfe­ deranordnung im Rohrinnenraum des Schubzugrohres aufgenommen.

Die Meßfederanordnung erfordert deshalb keinen zusätzlichen axialen Einbauraum. Die Meßfeder wiederum ist erfindungsgemäß von einem Meßbolzen durchsetzt, welcher das mechanische Stellglied für den veränderbaren Widerstand betätigt, wodurch die axiale Baulänge zusätzlich verkürzt ist. Hinzu kommt, daß die von Gewindemutter und Schubzugrohr gebildete′ Einheit im Innenraum des Federspeichers angeordnet ist, so daß sich unter Einbeziehung der innerhalb des Schubzugrohres angeordneten Meßfeder, die wiederum den Meßbolzen umschließt, insgesamt eine koaxial ineinandergeschachtelte, axial sehr kurze Bauweise ergibt.

Von der GB 21 41 800 A (s. dortige Fig. 1) ist es zwar bekannt, einen Gewindetrieb mit axial angeschlossener Meßfeder im In­ nenraum eines Federspeichers anzuordnen. Die mit der erfin­ dungsgemäßen Gattung kaum vergleichbare bekannte Bremsbetäti­ gungsvorrichtung trägt jedoch unmittelbar an einer Gehäuse­ stirnseite den Bremsbelag, weist demnach also kein Schubzug­ rohr auf. Die besondere Ausgestaltung des Schubzugrohres ist aber für die Erfindung wesentlich.

Die Erfindung gestattet bei axial kurzer Bauweise den Einbau eines als Meßfederanordnung dienenden Tellerfederpa­ kets mit einem meßtechnisch nutzbaren Federweg, der im Ver­ hältnis zu einem Federweg von 1,5 mm gemäß DE 40 35 045 C2 um mehr als 70% auf einen nutzbaren Federweg von etwa 2,6 mm er­ höht ist.

Die entsprechend der Erfindung innerhalb des Rohrinnen­ raums des Schubzugrohres aufgenommene Meßfederanordnung ist in vorteilhafter Weise gegenüber äußeren Verunreinigungen völlig abgeschlossen.

Obwohl die Erfindung grundsätzlich auch die Anordnung eines den Federhub der Meßfeder übersetzenden Stellgliedes gestattet, bevorzugt die Erfindung eine Ausführungsform, wel­ che durch ein die Axialbewegung des Meßbolzens übersetzungs­ los im Verhältnis 1 : 1 übertragendes mechanisches Stellglied gekennzeichnet ist. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform hat den Vorteil, daß ein das Meßergebnis verfälschendes Lager­ spiel eines Hebelgelenkes vermieden ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung entsprechend der Erfindung weist ein translatorisch bewegliches Stellglied auf.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfin­ dung, die eine zusätzliche axiale Verkürzung der Gesamtanord­ nung gestattet, besteht darin, daß die Gewindespindel einen zum Meßbolzen hin stirnseitig offenen Aufnahmeraum für den veränderbaren Widerstand mit dessen Tragkonsole bildet, wel­ che im Innenraum des Schubzugrohres befestigt ist.

Bei der vorbeschriebenen Ausführungsvariante hat es sich entsprechend weiteren Erfindungsmerkmalen als zweckmäßig er­ wiesen, daß das mechanische Stellglied an der Stirnseite des Meßbolzens angreift.

In den Zeichnungen ist ein vorteilhaftes Ausführungsbei­ spiel entsprechend der Erfindung im einzelnen dargestellt, es zeigt

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine elektromo­ torische Bremsbetätigungsvorrichtung (das Bremsgestänge ist nicht dargestellt) mit gespanntem Federspeicher,

Fig. 2 eine insbesondere einen Gewindetrieb, eine Meßfe­ deranordnung und einen veränderbaren Widerstand zeigende Detailvergrößerung der Fig. 1,

Fig. 3 die elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung gemäß Fig. 1, jedoch bei gänzlich entspanntem Federspei­ cher und

Fig. 4 in Anlehnung an Fig. 2 eine Detailvergrößerung der Fig. 3.

In den Zeichnungen ist eine elektromotorische Bremsbetä­ tigungsvorrichtung insgesamt mit 10 bezeichnet.

Ein Motorgehäuse 11 enthält einen Elektromotor 12, z. B. einen Gleichstrom-Hauptschlußmotor von 24 Volt Betriebsspan­ nung. Der Elektromotor 12 wird hier als elektrischer Aufzugs­ motor bezeichnet.

Der Elektromotor 12 wirkt über ein insgesamt mit 13 be­ zeichnetes einstufiges Planetengetriebe, also über ein Ge­ triebe mit hohem Wirkungsgrad, auf einen insgesamt mit 14 be­ zeichneten Gewindetrieb geringer Selbsthemmung, und zwar auf einen Kugelgewindetrieb. Der Gewindetrieb 14 spannt einen insgesamt mit 15 bezeichneten Federspeicher, der einen Feder­ teller 16 und eine Speicherfeder 17 enthält. Letztere besteht aus drei koaxial ineinandergesetzten einzelnen Schraubenfe­ dern 18, 19, 20.

Die Funktion der Bremsbetätigungsvorrichtung 10 ist fol­ gende: Wenn die elektromagnetische Maltebremse 21 durch einen Steuerbefehl gelöst und der Elektromotor 12 eingeschaltet werden, dreht dessen als Ritzel 22 (Sonnenrad) ausgebildetes Wellenende den Planetenträger 23 mittels der auf ihm sitzen­ den drei Planetenräder 24 (von denen nur eines dargestellt ist), welche sich wiederum in dem feststehenden Hohlrad 25 abwälzen.

Mit dem Planetenträger 23 ist ein überwiegend hohler vorderer Axialfortsatz 26 einstückig, dessen Außenmantelflä­ che zugleich die Gewindespindel 27 des Gewindetriebes 14 bildet.

Während die Gewindespindel 27 mittels des Planetenge­ triebes 13 drehangetrieben wird, ist die Gewindemutter 28 durch eine Axialleiste 29 gegen Drehung gesichert und so nur in der Lage, eine durch die drehende Gewindespindel 27 er­ zeugte Axialbewegung in Spannrichtung x oder in Löserichtung z auszuführen. Zwischen Gewindespindel 27 und Gewindemutter 28 sind zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Gewindetriebes 14 Kugeln 30 angeordnet.

Entsprechend den Darstellungen der Fig. 1 und 2 befindet sich der Federspeicher 15 in einer gespannten Stellung. Der insgesamt nutzbare Hub des Federspeichers beträgt etwa 20 mm. Der Bremshub indessen, d. h. der Hub einer Bremsbacke zwischen angelegter und gelöster Stellung, beträgt nur 5 mm.

Der Federspeicher 15 wird durch die in Haltestellung be­ findliche elektromagnetische Haltebremse 21 in seiner ge­ spannten Stellung arretiert. Für den Fall, daß eine Bremsung eingeleitet werden soll, muß sich demnach das Auge 31, an welchem das nicht dargestellte Bremsgestänge angelenkt ist, in Löserichtung z nach links bewegen.

Dies geschieht mittels elektrischer Signale, die den Elektromotor 12 bei gelöster elektromagnetischer Maltebremse 21 veranlassen, eine dem sich entspannenden Federspeicher 15 entgegengerich­ tete Kraft auszuüben, die je nach gewünschter Bremskraft durch die in den vorerwähnten Druckschriften genannte Wheat­ stone′sche Brücke variiert bzw. im Gleichgewicht gehalten werden kann.

Für diesen Steuerungs- und Regelungsvorgang ist es we­ sentlich, die jeweils am Auge wirkende Bremskraft zu ermit­ teln. Dieses geschieht mit der Meßfederanordnung 32.

Die Meßfederanordnung 32 besteht aus drei Tellerfeder­ gruppen 33, welche sich jeweils aus vier einzelnen Tellerfe­ dern 34 zusammensetzen. Der Hub s der Meßfederanordnung 32 beträgt insgesamt etwa 2,6 mm.

Beim Bremsen drückt die sich entspannende Speicherfeder 17 den Federteller 16 in Löserichtung nach links. Da der Fe­ derteller 16 in beiden Richtungen x und z an der Gewindemut­ ter 28 fest ist, zieht der Federteller 16 die Gewindemutter 28 nach links, wobei die miteinander drehgekuppelten nachfol­ genden Getriebeteile, also die Gewindespindel 27, das Plane­ tengetriebe 13 und schließlich der Rotor 35 des Elektromotors 12, mitdrehen.

Das Schubzugrohr 36 ist hinsichtlich beider Richtungen z und x fest mit der Gewindemutter 28, bildet demnach mit der Gewindemutter 28 praktisch eine Einheit. Auf diese Weise be­ wegt sich auch das Schubzugrohr 36 beim Bremsen nach links in Löserichtung x und drückt dabei mittels der mit Seegerringen 37 axial im Schubzugrohr 36 gesicherten Kolbenscheibe 38 die Meßfederanordnung 32 in Richtung z zusammen. Die Meßfederan­ ordnung 32 wiederum drückt in Richtung z gegen die Schulter 39 des Meßbolzens 40. Der Meßbolzen 40 wird daraufhin eben­ falls nach links in Richtung z verschoben und nimmt dabei das an ihm zug- und druckfest befestigte Auge 31 nach links mit, wobei die nicht dargestellten Bremsbacken in ihre Bremsstel­ lung versetzt werden.

Je größer die ausgeübte Bremskraft ist, desto mehr wird die Meßfederanordnung 32 zusammengedrückt, desto größer ist also auch die axiale Relativbewegung zwischen dem Meßbolzen 40 und dem Schubzugrohr 36, was durch unterschiedliche Meßfe­ derhübe s zum Ausdruck kommt.

Der Meßbolzen 40 betätigt unmittelbar ein mechanisches Stellglied in Form eines Stößels 41 eines Linearpotentiome­ ters 46, z. B. des Typs MEGATRON CLPR-13-13-5KΩ.

Das rechte freie Ende des Stößels 41 ist innerhalb einer Aufnahmebohrung 42 in der Stirnseite 43 des Meßbolzens 40 aufgenommen. Und zwar wird der Stößel 41 durch Schraubenfedern 44, 45 ständig in Stößel-Ausfahrrichtung (in Richtung x) gegen die Stirnseite 43 des Meßbolzens 40 gehalten, um ein möglichst toleranzfreies Meßergebnis zu erzielen.

Das Linearpotentiometer 46 ist in einem Axialhohlraum 51 der Gewindespindel 27 aufgenommen. Hierzu ist das Linearpo­ tentiometer 46 mit einer etwa rohrartigen Konsole 47 aus Kunststoff verschraubt, welche mit einem Flansch 48 innerhalb des Rohrinnenraumes 49 des Schubzugrohres 36 befestigt ist.

Der Hub s der Meßfederanordnung 32 wird im übrigen auch noch zwischen der Stirnseite 43 und der in Richtung x weisen­ den rechten Fläche des Flansches 48 sichtbar (s. Fig. 1 und 2).

Das Linearpotentiometer 46 ist mittels eines elektri­ schen Kabels 50 in eine nicht dargestellte Wheatstone′sche Brücke eingegliedert, die, wie bereits erwähnt, in ihrem grundsätzlichen Aufbau der AT 3 89 279 B, der DE 37 09 952 C1 sowie der DE 40 35 045 C2 entspricht.

Anhand der Fig. 3 und 4 soll im Unterschied zu den Dar­ stellungen gemäß den Fig. 1 und 2 lediglich der gänzlich ent­ spannte Federspeicher 15 und auch der Hub s mit dem Wert 0 gezeigt werden.

Aus den Zeichnungen wird auch deutlich, daß die Meßfe­ deranordnung 32 einschließlich Meßbolzen 40 und Linearpoten­ tiometer 46 sich recht vorteilhaft, gegen Staub und Verunrei­ nigungen geschützt, im Rohrinnenraum 49 des Schubzugrohres 36 bzw. im Innenraum 51 der Gewindespindel 27 befinden. Eine zu­ sätzliche Sicherung gegen äußere Einflüsse bildet dabei auch die balgenartige flexible Schutzmanschette M.

Aus den Darstellungen ist besonders deutlich zu ersehen, daß der Gewindetrieb 14 und auch der wesentliche Teil des Schubzugrohres 36 mit der Meßfederanordnung 32 und dem Meß­ bolzen 40 im zentralen Raum der Speicherfeder 17 angeordnet sind.

Aus den Zeichnungen wird auch deutlich, daß durch axiale Ineinanderschachtelung von Meßfederanordnung 32, Schubzugrohr 36, Meßbolzen 40 sowie durch die axiale Ineinanderfügung des Linearpotentiometers 46 und der Gewindespindel 27 und schließlich durch die unmittelbare Befestigung des Schubzugrohres 36 an der Gewindemutter 28 eine axial sehr kurze Bauweise erzielt wurde.

Claims (5)

1. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung (10) für eine einen Federspeicher (15), ein Bremsgestänge sowie Bremsbacken aufweisende Bremsmechanik, insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit einem regelbaren Elektro-Aufzugsmotor (12) und einer elektrisch steuerbaren Haltebremse (21) für den bei offener Bremse gespannten und sich beim Bremshub ent­ spannenden, einen axial hin- und herbeweglichen Federteller (16) aufweisenden Federspeicher (15), mit einer vom Elektro-Aufzugsmotor (12) drehangetriebenen Gewindespindel (27) eines Gewindetriebes (14), dessen gegen Drehung gesicherte Gewinde­ mutter (28) mit dem Federteller (16) in Axialrichtung (x, z) bewegungsverbunden ist, wobei die von einem Federspeicher-Schubzugrohr (36) über ein Auge (31) abgegebene Federspei­ cherkraft die Bremse mittelbar über das Bremsgestänge beauf­ schlagt, wobei eine den Elektro-Aufzugsmotor (12) in Feder­ speicherspannrichtung (x) beaufschlagende Einspeisung vorge­ sehen ist, mittels derer die abgegebene Federspeicherkraft veränderbar ist, und wobei in dem vom Federspeicher (15) aus­ gehenden Bremskraftfluß zwischen Gewindemutter (28) und dem relativ zur Gewindemutter (28) in Axialrichtung (x, z) be­ grenzt beweglichen Auge (31) eine Meßfederanordnung (32) vor­ gesehen ist, deren Federweg (s) mittels eines mechanischen Stellgliedes (41) auf einen veränderbaren elektrischen Wider­ stand (46) übertragen wird, welcher die Einspeisung mit einem die Bremskraft angebenden Steuersignal beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß das der Gewindemutter (28) in Richtung Auge (31) axial vorgelagerte Schubzugrohr (36) an der Gewin­ demutter (28) befestigt ist, daß Gewindemutter (28) und Schubzugrohr (36) im Zentrum des Federspeichers (15) angeord­ net und im wesentlichen gänzlich von letzterem umgeben sind, daß das Schubzugrohr (36) in seinem Rohrinnenraum (49) die Meßfederanordnung (32) aufnimmt, welche von einem relativ zum Schubzugrohr (36) in Axialrichtung (x, z) begrenzt bewegli­ chen, am Auge (31) befestigten Meßbolzen (40) koaxial durch­ setzt ist, daß die Meßfederanordnung (32) im Kraftfluß zwi­ schen Auge (31) und Schubzugrohr (36) angeordnet ist, und daß das mechanische Stellglied (41) zwischen Meßbolzen (40) und veränderbarem Widerstand (46) angeordnet ist.

2. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein die Axialbewegung des Meßbolzens (40) übersetzungslos im Verhältnis 1 : 1 übertragen­ des mechanisches Stellglied (41).

3. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein translatorisch bewegli­ ches Stellglied (41).

4. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (27) einen zum Meßbolzen (40) hin stirnseitig offenen Aufnahmeraum (51) für den veränderbaren Widerstand (46) mit dessen Tragkonsole (47) bildet, welche im Innenraum (49) des Schubzugrohres (36) befestigt ist.

5. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Stellglied (41) an der Stirnseite (43) des Meßbolzens (40) angreift.