DE19625696C1

DE19625696C1 - Pneumatische Betätigungseinrichtung, insbesondere für Schienenfahrzeugbremsen

Info

Publication number: DE19625696C1
Application number: DE1996125696
Authority: DE
Inventors: Thomas Merkel; Torsten Dr Dellmann; Helmut Ruppert; Wolfgang Lehmann
Original assignee: Bergische Stahl Industrie
Current assignee: Sab Wabco BSI Verkehrstechnik Products GmbH
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 1998-01-22
Anticipated expiration: 2016-06-28
Also published as: WO1997049935A1; AU3261897A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine pneumatische Betätigungseinrichtung, insbesondere für Schienenfahrzeugbremsen mit einer Druckkammer, die von einer im wesentlichen zylindrischen Wandung und stirnseitigen, in axialer Richtung relativ zueinander beweglichen Bauteilen begrenzt ist und mit einer Rückzugsfeder, die die beiden stirnseitigen Bauteile im Sinne einer Verkleinerung der Druckkammer aufeinanderzubewegt, wobei die Wandung oder zumindest die Verbindung zwischen der zylindrischen Wandung und den stirnseitigen Bauteilen aus einem elastischen Material, vorzugsweise einem Elastomerbalg besteht und/oder innerhalb der Druckkammer eine Nachstelleinrichtung zum Einstellen und Nachstellen des Abstandes der beiden stirnseitigen Bauteile bei entlasteter Druckkammer angeordnet ist.

Pneumatische Betätigungseinrichtungen für Bremsen werden auch Bremszylinder genannt und bestehen herkömmlich aus einem Zylinder und einem darin beweglichen Kolben, der über ein Bremsgestänge Kraft auf die eigentlichen Bremsen überträgt. Diese Bremszylinder besitzen üblicherweise eine Rückzugsfeder, um nach einem Bremsvorgang die Bauteile wieder in ihre Ausgangsposition zurückzuziehen. Durch den insbesondere bei Schienenfahrzeugen nicht unerheblichen Verschleiß werden naturgemäß die Wege zur Betätigung der Bremse und zum Rückzug in die Ausgangslage erheblich. Um nur einen möglichst geringen Bremsweg auch bei größerem Verschleiß zu haben, ist es bekannt, Bremsbetätigungseinrichtungen mit Nachstelleinrichtungen zu versehen.

Aus der nachveröffentlichten DE 44 46 159 C1 ist eine pneumatische Betätigungseinrichtung bekannt mit einer Einrichtung zum Einstellen und Nachstellen eines minimalen Abstandes der beiden stirnseitigen Bauteile bei entlasteter Druckkammer. Diese Nachstelleinrichtung soll in der Druckkammer angeordnet sein. Allerdings ist die Konstruktion dieser Nachstelleinrichtung innerhalb der Druckkammer dort nicht näher beschrieben. Wegen der naturgemäß allseitig geschlossenen pneumatischen Betätigungseinrichtung, lassen sich hierbei keine herkömmlichen Nachstelleinrichtungen einsetzen.

In der DE-AS 11 06 196 ist eine Vorrichtung zum Aufrechterhalten eines gleichbleibenden Lüftweges der Bremsbacken von hydraulisch zu betätigenden Bremsen, insbesondere Kraftfahrzeugbremsen beschrieben, wobei für eine Fahrzeugtrommelbremse mit einer Zusatzeinrichtung die Aufrechterhaltung eines konstanten Belagspieles trotz Wärmedehnung der Bremstrommel erreicht wird. Zur Kompensation des Belagverschleißes wird dabei der Rückhub des Bremsbetätigers auf ein gewünschtes Maß begrenzt. Hierzu wird das ausströmende Luft- bzw. Ölvolumen des Kolbens gemessen. Bei größeren Druckkammern, die mit kompressiblen Medien, insbesondere Luft beaufschlagt werden, ist diese Art der Messung nicht sinnvoll.

Die FR 2426183 bezieht sich auf einen Radbremszylinder einer Trommelbremse. Das Problem des unterschiedlich starken Verschleißes von auf- und ablaufender Bremsbacke wird hierbei durch zwei Druckkammern gelöst, die mit einem unterschiedlich hohen Öldruck beaufschlagt werden können. Die Kammern werden abhängig vom Druck in der einen Kammer verbunden oder getrennt, wobei mit Hilfe eines Kolbens und einer Feder der Druck gemessen wird. Von einer Verschleißnachstellung ist hierbei keine Rede. Es wird lediglich eine Möglichkeit zur Eingrenzung des Verschleißes an der auflaufenden Backe der Trommelbremse beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für die gattungsgemäße pneumatische Betätigungseinrichtung eine einfachere geeignete Nachstelleinrichtung vorzuschlagen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche 2 und 3 enthalten sinnvolle ergänzende Ausführungsformen dazu.

Erfindungsgemäß wird eine zwischen den axial beweglichen Bauteilen angeordnete, pneumatisch wirkende Nachstelleinrichtung vorgeschlagen, die aus folgenden Teilen besteht:

a) einem fest mit einem Bauteil verbundenen Gehäuse,
b) einem in dem Gehäuse verschiebbaren Steuerkolben,
c) einem gegen das andere Bauteil mit einer Andruckfeder drückenden Taster, der gegenüber dem Steuerkolben relativ bewegbar ist,
d) einem mit dem Steuerkolben verbundenen Ventil zum Verschluß einer im Bauteil und/oder im Gehäuse angeordneten Anschlußöffnung für das Druckmedium bei einem vorgegebenen oder einstellbaren Rückhub des Steuerkolbens und
e) einer zwischen Taster und Steuerkolben angeordneten einstellbaren Reibungsbremse, deren Haltekraft so eingestellt ist, daß bei Entlastung der Druckkammer und dem damit verbundenen Zusammenziehen die Relativbewegung zwischen Taster und Steuerkolben nicht wieder rückgängig gemacht wird.

Diese erfindungsgemäße Nachstelleinrichtung ist in der gasdicht verschließbaren pneumatischen Betätigungseinrichtung angeordnet und arbeitet wartungsfrei. Sie beruht im wesentlichen auf dem Prinzip, daß der Verschleiß an den Bremsbelägen bzw. Bremseinrichtungen durch eine Relativbewegung zwischen Taster und Steuerkolben ausgeglichen wird. Diese Relativbewegung findet während der Beaufschlagung der Druckkammer mit hohem Druck statt und wird bei der Entlastung der Druckkammer und dem damit verbundenen Zusammenziehen nicht wieder rückgängig gemacht, weil das am Ende des Steuerkolbens angeordnete Ventil rechtzeitig bevor Druck auf die Verbindung zwischen Steuerkolben und Taster ausgeübt wird, die Auslaßöffnung für das Druckmedium wieder verschließt.

Erfindungsgemäß kann die Relativbewegung zwischen Steuerkolben und Taster durch eine Reibungsbremse derart beeinflußt werden, daß nur bei Beaufschlagung der Betätigungseinrichtung nach Überschreiten eines einstellbaren Lüftungsspieles der Taster gegenüber dem Steuerkolben eine Relativbewegung ausführt und sich dabei verlängert und bei Entlastung der Druckkammer eine Relativbewegung zwischen Taster und Steuerkolben durch die Reibungsbremse verhindert wird.

Erfindungsgemäß ist es weiterhin vorgesehen, daß bei der Rückhubbewegung die gemeinsame Bewegung des Steuerkolbens und des Tasters durch das vorgegebene Lüftspiel begrenzt ist und der Steuerkolben mit dem Ventil so verbunden ist, daß am Ende des Lüftspieles das Ventil durch den Steuerkolben geschlossen gehalten wird. Zum vollständigen Ablassen des Druckmediums aus der Druckkammer bzw. zur vollständigen Entlastung der Druckkammer kann in einem der Bauteile ein Ventil, vorzugsweise ein Rückschlagventil angeordnet sein.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Fig. 1 und 2 beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße pneumatische Betätigungseinrichtung im druckentlasteten Zustand, wobei die Anschlußöffnung 7 für das Druckmedium innen durch das Ventil 8 verschlossen ist. Das normale Lüftungsspiel A bzw. der Gesamthub der beiden Bauteile 3 und 4 gegeneinander wird bestimmt durch den Verschiebeweg des Steuerkolbens 10 gegenüber dem Gehäuse 9. Bei Beaufschlagung der Druckkammer 1 wird über die Anschlußöffnung 7 Druckmittel eingegeben, und zwar mit einem derartigen Druck, daß das Ventil 8 entgegen der Anpreßfeder zurückgedrückt wird. Das Druckmedium strömt dann durch die Durchtrittsöffnung 14 in dem Gehäuse 9, das fest mit dem Bauteil 3 verbunden ist, in die Druckkammer 1. Die Druckkammer 1 wird von einer ringförmigen bzw. zylindrischen metallischen Wandung 5 gebildet, die an ihren Enden über einen Elastomerbalg 2 gasdicht mit den beiden Bauteilen 3 und 4 verbunden ist. Bei Beaufschlagung der Druckkammer 1 werden die beiden Bauteile 3 und 4 in axialer Richtung auseinander bewegt, bis die an den Außenseiten nicht dargestellten Bremseinrichtungen gegen die Bremsflächen gepreßt werden. Innerhalb der Druckkammer ist zwischen den beiden Bauteilen 3 und 4 die pneumatisch wirkende Nachstelleinrichtung 6 angeordnet, die aus einem an der einen Seite fest mit dem Bauteil 3 verbundenen Gehäuse 9 besteht. In diesem Gehäuse 9 ist ein Steuerkolben 10 axial um das Lüftungsspiel A beweglich. Innerhalb des Steuerkolbens 10 ist wiederum ein Kolben eines Tasters 13 gegenüber dem Steuerkolben 10 verschieblich angeordnet. Das äußere Ende des Tasters 13 wird mit einer an dem Gehäuse 9 abgestützten Feder 11 gegen das Bauteil 4 gedrückt, damit der Taster 13 auch bei einer Druckbeaufschlagung und einem Auseinanderbewegen der Bauteile 3 und 4 immer am Bauteil 4 anliegt. Bei der Verschiebung der Bauteile 3 und 4 nach außen wird zunächst der Taster 13 gemeinsam mit dem Steuerkolben 10 verschoben bis kein Lüftungsspiel A mehr vorhanden ist. Wenn darüber hinaus, z. B. aufgrund des Verschleißes V die beiden Bauteile 3 und 4 sich noch weiter auseinander bewegen, findet eine Relativbewegung zwischen Taster 13 und Steuerkolben 10 entgegen der Reibungsbremse 12 statt.

In Fig. 2 ist ein derartiger Zustand dargestellt. Da das Bauteil 3 ortsfest geblieben ist, hat sich das Bauteil 4 gegenüber seinem Ursprungszustand (vgl. Fig. 1) zunächst um das Lüftungsspiel A und zusätzlich um den Verschleiß V nach links bewegt. Bei einem anschließenden Entweichen des Druckmediums aus der Druckkammer über die Durchtrittsöffnung 14 und die Anschlußöffnung 7 findet aufgrund der Reibungsbremse 12 keine Relativbewegung zwischen Taster 13 und Steuerkolben 10 statt. Durch die vorzugsweise in dem Elastomerbalg 2 integrierten nicht dargestellten Rückzugsfedern werden Bauteil 4, Taster 13, Steuerkolben 10 und an dessen Ende das Ventil 8 gemeinsam nach rechts bewegt. Sobald die kegelige Stirnfläche des Ventiles 8 an der entsprechenden Paßfläche der Anschlußöffnung 7 zur Anlage kommt, wird diese Anschlußöffnung 7 verschlossen und es verbleibt in der Druckkammer ein Restdruck.

Der erfindungsgemäße weggesteuerte Verschleißnachsteller innerhalb der Druckkammer läßt sich in seiner Funktion im wesentlichen wie folgt beschreiben:

1. Ausgangsposition vor der ersten Betätigung

In der Ausgangsposition ist die pneumatische Betätigungseinrichtung (Balgzylinder) vollständig eingefahren und drucklos. Der Taster 13 wird durch die Andruckfeder 11 an das linke Bauteil 4 des Balgzylinders gepreßt. Der Steuerkolben 10 befindet sich auf einer beliebigen Zwischenposition im Gehäuse 9.

2. Bremsvorgang mit Verschleißnachstellung

Der Balgzylinder wird mit Luft beaufschlagt. Dadurch wird das Ventil 8 geöffnet. Die Druckkammer 1 des Balgzylinders füllt sich mit Druckluft und fährt auseinander. Der Taster 13 wird durch die Andruckfeder 11 ständig gegen das Bauteil 4 gedrückt und folgt so der Ausfahrbewegung des Balges. Dabei wird der Steuerkolben 10 über die Reibungsbremse 12 nach links mitgezogen. Dieses geschieht solange, bis das in der Prinzipdarstellung gezeigte Lüftspiel A überwunden ist. Der Steuerkolben 10 kann sich nun relativ zum Gehäuse 9 nicht mehr bewegen, während der Taster 13 weiterhin gegen das linke Bauteil 4 gedrückt wird und so der Hubbewegung des Balges folgt. Schließlich liegen die Beläge an und eine Bremskraft wird aufgebaut.

3. Rückhub

Durch die Elastizität des Balges wird die Luft beim Rückhub über das Ventil 8 aus der zylindrischen Druckkammer 1 gedrückt. Bei der Rückhubbewegung werden Taster 13 und Steuerkolben 10 gemeinsam nach rechts in das Gehäuse 9 gedrückt. Eine Relativbewegung zwischen Taster 13 und Steuerkolben 10 wird durch die Reibungsbremse 12 verhindert. Die Rückhubbewegung des Balgzylinders ist beendet, wenn das gezeichnete Lüftspiel A wieder hergestellt und das Ventil 8 in seinem Sitz an der Anschlußöffnung 7 gedrückt wird. In der Druckkammer 1 des Balgzylinders verbleibt ein Restdruck, der sich entsprechend der Elastizität des Balgmateriales einstellt.

4. Rückstellung

Durch manuelle Betätigung des entsperrbaren Rückschlagventiles 15 kann die in der Druckkammer 1 des Balgzylinders verbliebene Luft entweichen. Über das Bauteil 4 wird der Taster 13 in den Steuerkolben 10 eingeschoben.

Bezugszeichenliste

1 Druckkammer
2 Elastomerbalg
3 Bauteil, Montageplatte
4 Bauteil, Montageplatte
5 zylindrische Wandung
6 Nachstelleinrichtung
7 Anschlußöffnung für Druckmedium
8 Ventil
9 Gehäuse
10 Steuerkolben
11 Andruckfeder
12 Reibungsbremse
13 Taster
14 Durchtrittsöffnung in 9
15 Rückschlagventil
A Lüftungsspiel
V Verschleiß

Claims

1. Pneumatische Betätigungseinrichtung, insbesondere für Schienenfahrzeug bremsen mit einer Druckkammer, die von einer im wesentlichen zylindri schen Wandung und stirnseitigen, in axialer Richtung relativ zueinander be weglichen Bauteilen begrenzt ist und mit einer Rückzugsfeder, die die bei den stirnseitigen Bauteile im Sinne einer Verkleinerung der Druckkammer aufeinanderzubewegt, wobei die Wandung oder zumindest die Verbindung zwischen der zylindrischen Wandung und den stirnseitigen Bauteilen aus ei nem elastischen Material, vorzugsweise einem Elastomerbalg besteht und/oder innerhalb der Druckkammer eine Nachstelleinrichtung zum Einstellen und Nachstellen des Abstandes der beiden stirnseitigen Bauteile bei entla steter Druckkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zwi schen den axial beweglichen Bauteilen (3), (4) angeordnete Nachstelleinrich tung (6) aus folgenden Bauteilen besteht:

a) einem fest mit einem Bauteil (3) verbundenen Gehäuse (9),
b) einem in dem Gehäuse (9) verschiebbaren Steuerkolben (10),
c) einem gegen das andere Bauteil (4) mit einer Andruckfeder (11) drücken den Taster (13), der gegenüber dem Steuerkolben (10) relativ bewegbar ist,
d) einem mit dem Steuerkolben (10) verbundenen Ventil (8) zum Verschluß einer im Bauteil (4) und/oder im Gehäuse (9) angeordneten Anschlußöff nung (7) für das Druckmedium bei einem vorgegebenen oder einstellba ren Rückhub des Steuerkolbens (10) und
e) einer zwischen Taster (13) und Steuerkolben (10) angeordneten einstell baren Reibungsbremse (12), deren Haltekraft so eingestellt ist, daß bei Entlastung der Druckkammer (1) und dem damit verbundenen Zusam menziehen die Relativbewegung zwischen Taster (13) und Steuerkolben (10) nicht wieder rückgängig gemacht wird.

2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Rückhubbewegung die gemeinsame Bewegung des Steuerkolbens (10) und des Tasters (13) durch das vorgegebene Lüftspiel (A) begrenzt ist und der Steuerkolben (10) mit dem Ventil (8) so verbunden ist, daß am Ende des Lüftspieles (14) das Ventil (8) durch den Steuerkolben (10) geschlossen gehalten wird.

3. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Bauteile (3), (4) ein Ventil (15) zum vollständigen Ablassen des Druckmediums aus der Druckkammer (1) angeordnet ist.