DE2016958B2 - Bremseinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge - Google Patents
Bremseinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere SchienenfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, mit einer
hydrodynamischen Bremse, welche einen drehfest mit einer abzubremsenden, von den Fahrzeugrädern angetriebenen
Welle verbundenen Rotor und einen relativ zur Welle drehbar gelagerten Stator umfaßt, der als
umlaufendes Teil' einer mit der hydrodynamischen Bremse zusammenwirkenden ersten Reibungsbremse
ausgebildet ist und mit einer zweiten, unmittelbar auf mit der Radwelle drehfest verbundene Teile einwirkenden,
in Abhängigkeit vom Bremszustand der hydrodynamischen Bremse gesteuerten Reibungsbremse.
Hydrodynamische Bremsen für Fahrzeuge, bei welchen der Rotor drehfest mit einer von den
Fahrzeugrädern angetriebenen Welle verbunden ist, werden im allgemeinen derart dimensioniert, daß sie bei
einer einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Drehzahl der Welle im gefüllten Zustand
ein Bremsmoment auszuüben vermögen, welches dem maximal von den Fahrzeugrädern übertragbaren
Bremsmoment entspricht. Bei höherer Fahrgeschwindigkeit ist es bei den bekannten Bremsen erforderlich,
die Füllung der hydrodynamischen Bremse abzusenken, um den Schlupf zwischen den Fahrzeugrädern und der
Fahrbahn in zulässigen, geringen Grenzen zu halten und das Fahrzeug nicht zu überbremsen. Die Regeleinrichtung
für die Füllung der hydrodynamischen Bremse erfordert einen beachtlichen, zusätzlichen Bauaufwand.
Bei den vorstehend geschilderten, bekannten Bremsen läuft im ungebremsten Zustand der Rotor mit der
Welle im feststehenden Stator um. Obwohl die hydrodynamische Bremse hierbei völlig entleert ist,
bewirkt die in der hydrodynamischen Bremse befindliche Luft durch ihre Verwirbelung ein beachtliches, als
Leistungsverlust für das Fahrzeug in Erscheinung tretendes Bremsmoment Zum Beseitigen dieses Mangels
ist es bereits bekannt, besondere Schieber oder
Blenden zwischen den Rotor und den Stator der hydrodynamischen Bremse anzuordnen. Auch diese
to Vorrichtungen benötigen jedoch einen beachtlichen, zusätzlichen Bauaufwand.
Es ist bereits bekannt, den Rotor einer hydrodynamischen
Bremse als Bremsscheibe für eine als Scheibenbremse ausgebildete Reibungsbremse auszugestalten.
Diese Reibungsbremse dient dem Ausgleich der sich bei geringen Fahrgeschwindigkeiten trotz vollständiger
Füllung vermindernden Bremswirkung der hydrodynamischen Bremse, derart, daß das Fahrzeug bei allen
Fahrgeschwindigkeiten bis zum Stillstand maximal abbremsbar bleibt
Es ist ferner nicht mehr neu, eine aus Flüssigkeitswirbel- und Reibungsbremse kombinierte Bremseinrichtung
(DiE-AS 12 01 391) zum Abdecken des gesamten Bremsleistnngsbereiches zu benutzen, wobei die genannte
!Einrichtung verhältnismäßig klein bemessen sein kann. Jedoch ist für eine derartige Einrichtung eine
aufwendige Füllungsgradregelung erforderlich, vor deren Regelbeginn mittels einer Feststelleinrichtung der
bis dahin frei rotierende Stator stillzusetzen ist
Bei der Dimensionierung der bekannten Einrichtung ist der stark unterschiedlichen Aufteilung der Bremsleistung
auf Reibungs- und Flüssigkeitsbremse Rechnung zu tragen. So wird die die Hauptlast tragende
Flüssigkeitsbremse, z. B. wesentlich mehr abzuführende Wärme aufweisen, als die erst ganz gegen Ende des
Bremsvorganges einsetzende Reibungsbremse, worauf bei Festlegung der Abmessungen Rücksicht zu nehmen
ist.
Nachdem die Feststelleinrichtung während: ihrer kurzen Tätigkeitsdauer zu Beginn einer Bremsung
mittels der Flüssigkeitsbremse im wesentlichen nur den Stator stillsetzen muß, nimmt sie einen unwesentlichen
Teil der Bremsarbeit für das Fahrzeug auf.
Gemäß der deutschen Patentschrift 6 57 830 ist es auch bereits bekannt, bei Pumpenbremsen, deren
Bremswirkung durch Drosselung eines durch die Pumpen in Bewegung gesetzten Flüssigkeitestromes
erfolgt, das Pumpengehäuse relativ drehbar sowohl zur abzubremsenden Welle wie auch zum Fahrzeugrahmen
zu lagern, derart, daß im ungebremsten Zustand die gesamte Pumpe umzulaufen vermag und somit keine
Pumpleistung erzeugt wird. Zum Bremsen wird das Pumpengehäuse mittels einer Bremse relativ zum
Fahrzeugrahmen festgehalten; es setzt dann eine Pumpwirkung ein, deren Leistung als Bremswirkung in
Erscheinung tritt Die Bremswirkung wird bei dieser bekannten Einrichtung jedoch ausschließlich durch
Verändern der Drosselung des Hydraulikstromes bewirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremseinrichtung der eingangs genannten Art zu
schaffen, welche zur Regelung ihrer Bremswirkung nur einfacher, bereits vielfach bewährter und daher
betriebssicherer Mittel bedarf, weiche im unbetätigten Zustand nur sehr geringe Leerlaufverluste aufweist, und
welche somit insgesamt bei geringem Erstellungsaufwand und niedrigen Betriebskosten einen funktionssicheren
Betrieb gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die hydrodynamische Bremse ständig eine
zumindest annähernd konstante Füllung aufweist und eine das maximal von der Welle aufnehmbare
Bremsmoment bei einer einer bestimmten, mittleren Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges entsprechenden
Drehzahl der Welle aufbringende Dimensionierung und daß die in an sich bekannter Weise abstufbar
betätigbare erste Reibungsbremse eine bei maximaler Betätigung das erwähnte, maximal von der Welle
aufnehmbare Bremsmoment erreichende Dimensionierung aufweist
Die gemäß einer Weiterbildung nach der Erfindung vorteilhafte Ausgestaltung der Bremseinrichtung kann
dem Unteranspruch entnommen werden.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung
schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert
Die Welle 1 eines aus dieser und Fahrzeugrädern 2 bestehenden Schienenfahrzeug-Radsatzes 3 ist starr mit
dem Rotor 4 einer hydrodynamischen Bremse 5 verbunden. Der den Rotor 4 allseitig umschließende
Stator 6 der hydrodynamischen Bremse 5 ist mittels Lager 7 drehbar auf der Welle 1 gelagert Die
Seitenflächen des Stators 6 sind mit radialen Ringflächen 8 versehen, welchen Bremsbacken 9 gegenüberstehen.
Die Bremsbacken 9 sind über ein H-förmiges Gestänge 10 in üblicher Weise mittels eines Bremszylinders
11 an die Ringflächen 8 anpreßbar. Insgesamt stellt somit der Bremszylinder 11 mit dem Bremsgestänge 10
und den Bremsbacken 9 ein übliches Scheibenbrems-Gestänge dar. Der Zylinderraum 12 des Bremszylinders
11 steht mit einer Rohrleitung 13 in Verbindung, welche
zu einem Bremssteuerventil 14 üblicher Bauart führt. Das Bremssteuerventil 14 hält im unbetätigten Zustand
der Bremseinrichtung die Rohrleitung 13 drucklos, während es zum Bremsen in die Rohrleitung 13 eine der
jeweils einzusteuernden Bremsstufe entsprechende Druckhöhe einsteuert
Im weiteren ist die Rohrleitung 13 mit einem Zylinderraum 15 in einem Regelventil 16 verbunden.
Der Zylinderraum 15 ist mittels eines Kolbens 17 von einem Zylinderraum 18 abgetrennt, von welchem eine
Rohrleitung 19 ausgeht Eine Kolbenstange 20 verbindet den Kolben 17 mit einem zweiten Kolben 21. Der
Kolben 21 begrenzt einen bei seiner Druckbeaufschlagung das Kolbensystem 17,21 in gleicher Wirkungsrichtung
wie eine Druckbeaufschlagung des Zylinderraumes 18 belastenden Zylinderraum 22, welcher über eine
Rohrleitung 23, wie in der Zeichnung gestrichelt angedeutet, mit der Hydraulikkammer 24 der hydrodynamischen
Bremse 5 verbunden sein kann. Auf der der Kolbenstange 20 abgewandten Seite trägt der Kolben
17 ein im Zylinderraum 15 offenes Kolbenstangenrohr 25, welches abgedichtet verschieblich in einen Raum 26
ragt und in diesem mit einem Ventilsitz vor einer Doppeldichtplatte 27 endet. Mit einem gehäusefesten
Ventilsitz 28 bildet die federbelastete Doppeldichtplatte 27 ein den Luftdurchgang vom Raum 26 zu einer mit der
Atmosphäre in Verbindung stehenden Kammer 29 überwachendes Ventil 27, 28. Die Rohrleitung 19 führt
zu Bremszylindern 30, welche bei ihrer Druckbeaufschlagung Bremsklötze 31 an die Lauffläche der
Fahrzeugräder 2 anzudrücken vermögen.
Die hydrodynamische Bremse 5 ist stets vollständig gefüllt; sie kann über nicht dargestellte Einrichtungen
mit ebenfalls nicht dargestellten Kühlern für ihre Hydraulikflüssigkeit verbunden sein.
Im unbetätigten Zustand der Bremseinrichtung ist die
Rohrleitung 13 drucklos, die Bremsbacken 9 sind damit von den Ringflächen 8 abgehobea Das Regelventil 16
hält die Rohrleitung 19 entleert und die Bremszylinder 30 halten daher die Bremsklötze 31 von den
Fahrzeugrädern 2 entfernt. Während der Fahrt rotieren die Fahrzeugräder 2 mit der Welle 1 und dem Rotor 4;
über die Füllung der hydrodynamischen Bremse 5 wird deren Stator 6 dabei mitgenommen und rotiert mit im
wesentlichen gleicher Drehgeschwindigkeit wie der Rotor 4. Auf den Radsatz 3 wird also kein Bremsmoment
ausgeübt Ein durch Fliehkräfte in der Hydraulikfüllung der hydrodynamischen Bremse 5 eventuell
auftretender Druck gelangt über die Rohrleitung 23 in den Zylinderraum 22 und hält über den Kolben 21 das
hierbei die Rohrleitung 19 mit der Atmosphäre verbindende Ventil 27,28 geöffnet
Zum Bremsen wird über das Bremssteuerventil 14 die Rohrleitung 13 mit einer der einzusteuernden Bremsstufe
entsprechenden Druckhöhe beaufschlagt Aus der Rohrleitung 13 wird der Zylinderraum 12 druckbeaufschlagt
und der Bremszylinder 11 drückt daher über das Bremsgestänge 10 die Bremsbacken 9 gegen die
Ringflächen 8 an. Der Stator 6 der hydrodynamischen Bremse wird also abgebremst Infolge dieser Bremsung
verringert der Stator 6 bei hoher Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges seine Drehgeschwindigkeit bleibt
jedoch nicht stehen. Zwischen dem Stator 6 und dem Rotor 4 tritt infolgedessen eine Differenzgeschwindigkeit
auf, welche die hydrodynamische Bremse 5 zur Wirkung bringt und über den Rotor 4 den Radsatz 3
abbremst Der Stator 6 rotiert dabei mit einer derartigen Drehgeschwindigkeit daß die im wesentlichen
von dieser Geschwindigkeit unabhängige, von den Bremsbacken 9 auf den Stator 6 ausgeübte Bremswirkung
gleich ist der von der Differenzdrehzahl zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 6 abhängigen Bremswirkung
der hydrodynamischen Bremse 5. Die für den Radsatz 3 aufgebrachte Bremsleistung verteilt sich
dabei auf die hydrodynamische Bremse 5 und die aus den Ringflächen 8 und Bremsbacken 9 bestehende
Reibungsbremse; in beiden Bremsen wird die Bremsleistung im wesentlichen in Wärme umgewandelt. In der
hydrodynamischen Bremse 5 bewirkt diese Bremswärme unmittelbar eine Erhitzung der Hydraulikfüllung; die
Bremswärme der Reibungsbremse wird durch den Stator 6 hindurch ebenfalls auf die Hydraulikfüllung der
hydrodynamischen Bremse 5 übertragen. Im wesentlichen nimmt also die Hydraulikfüllung der hydrodynamisehen
Bremse 5 die gesamte Bremswärme auf und gibt diese eventuell erst nach Beendigen des Bremsvorganges
über die gegebenenfalls vorgesehenen Kühler an die Atmosphäre ab. Während dieser Vorgänge ergibt sich in
der Hydraulikfüllung der hydrodynamischen Bremse 5 eine der Bremswirkung der hydrodynamischen Bremse
entsprechende Drucksteigerung, welche über die Rohrleitung 23 in den Zylinderraum 22 übertragen wird
und das Kolbensystem 21,17 in Richtung eines öffnens
des Ventiles 27,28 belastet. Der aus der Rohrleitung 13
bo in den Zylinderraum 15 eingesteuerte, auf den Kolben
17 wirkende Druck vermag im vorstehend geschilderten Bremszustand das Ventil 27, 28 nicht zu schließen. Die
Rohrleiung 19 verbleibt daher mit der Atmosphäre
verbunden.
i>5 Sobald die Drehgeschwindigkeit des Radsatzes 3
infolge der vorstehend geschilderten Abbremsung auf einen bestimmten Wert, welcher der Differenzgeschwindigkeit
zwischen Rotor 4 und Stator 6 entspricht,
gesunken ist, bleibt der Stator 6 stehen. Im Verlauf der
weiteren Bremsung verringert sich die Differenzdrehzahl zwischen Rotor 4 und Stator 6 und die von der
hydrodynamischen Bremse 5 ausgeübte Bremswirkung nimmt entsprechend ab. Dabei verringert sich der
Druck in der Hydraulikfüllung der hydrodynamischen Bremse; der im Zylinderraum 15 des Regelventils 16
anstehende Druck vermag daher das Kolbensystem 17,
21 entgegen dem abnehmenden Druck im Zylinderraum
22 zu verschieben, das Ventil 27,28 schließt sich und das
Ventilrohr 25 hebt sich von der Doppeldichtplatte 27 ab. Aus der Rohrleitung 13 strömt dann Druckmittel durch
das Ventilrohr 25 und den Raum 26 in die Rohrleitung 19 und den Zylinderraum 18 ein, bis in diesem eine der
Druckminderung im Zylinderraum 22 entsprechende Druckhöhe erreicht ist Das Ventilrohr 25 wird dann
wieder auf die Doppeldichtplatte 27 aufgesetzt. Mit sinkender Bremswirkung der hydrodynamischen Bremse
5 ergibt sich also eine entsprechend wachsende Druckbeaufschlagung der Rohrleitung 19. Aus der
Rohrleitung 19 werden die Bremszylinder 30 druckbeaufschlagt und pressen die Bremsklötze 31 an die
Fahrzeugräder 2 an. Für den Radsatz 3 ergibt sich also bei mit seiner Drehzahl absinkender Bremswirkung der
hydrodynamischen Bremse 5 und ansteigender Bremswirkung der zweiten, unmittelbar auf den Radsatz 3
einwirkenden, aus den Bremsklötzen 31 und den Laufflächen der Fahrzeugräder 2 gebildeten Reibungsbremse
ein annähernd konstant bleibendes, gesamtes Bremsmoment.
Bei Erreichen des Stillstandes des Fahrzeuges wird die Hydraulikfüllung der hydrodynamischen Bremse 5
drucklos; über das Regelventil 16 wird dann in die Rohrleitung 19 und die Bremszylinder 30 der volle, in
der Rohrleitung 13 anstehende Druck eingespeist.
Zum Lösen der Bremse wird über das Bremssteuerventil 14 in die Rohrleitung 13 Atmosphärendruck
eingesteuert; die Bremsklötze 9 heben sich dann von den Ringflächen 8 ab und der Stator 6 wird frei, so daß
er, bei fahrendem Fahrzeug, wieder frei umlaufen kann.
Über das Regelventil 16 wird gleichzeitig die Rohrle
tung 19 mit Atmosphärendruck beaufschlagt, woraufhi die Bremszylinder 30 die Bremsklötze 31 von de
Fahrzeugrädern 2 abheben. Durch Ändern des in de s Rohrleitung 13 herrschenden Drucks kann das Anpres
sen der Bremsbacken 9 an den Stator 6 und damit da auf diesen einwirkende Bremsmoment geändert wer
den. Die Relativdrehzahl zwischen Stator 6 und Rotor stellt sich, bei eine gewisse Grenze überschreitende
ίο Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges, selbsttätig derar
ein, daß die hydrodynamische Bremse 5 das gleich' Bremsmoment ausübt. Da sich hierbei der im Zylinder
raum 15 des Regelventiles 16 herrschende Druck, abe auch der in der Kammer 24 der hydrodynamische!
Bremse 5 und damit im Zylinderraum 22 herrschendi Druck entsprechend dem genannten Bremsmomen
ändert, bleibt das Regelventil 16 wie Vorstehern beschrieben wirksam.
In Abänderung von der angedeuteten Verbindung de Rohrleitung 23 mit der Kammer 24 kann dii
Rohrleitung 23 von nicht dargestellten, bekannte! Einrichtungen aus auch mit proportional zur Fahrge
schwindigkeit des Fahrzeuges oder dem von dei Bremsbacken 9 aufzunehmenden Bremsmoment ge
steuerten Drücken beaufschlagt werden; bei entspre chender Abstimmung dieser Drücke mit dem Steuerver
halten des Regelventiles 16 verlaufen dabei dii Bremsungen wie vorstehend geschildert
Die im wesentlichen drehzahlunabhängig wirksame aus den Bremsbacken S und den Ringflächen 8 gebildet)
Reibungsbremse bestimmt das von der Bremseinrich tung aufbringbare Bremsmoment; diese Reibungsbrem
se ist daher derart zu dimensionieren, daß sie be maximaler Betätigung gerade das maximal von dei
Fahrzeugrädern 2 auf deren Fahrbahn ohne unzulässij hohen Schlupf übertragbare Bremsmoment aufbringt
Die hydrodynamische Bremse 5 ist derart auszulegen daß sie bei einer bestimmten Relativdrehzahl zwischei
Rotor 4 und Stator 6 das gleiche, maximale Bremsmo ment aufbringt
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Bremseinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, mit einer hydrodynamischen
Bremse, welche einen drehfest mit einer abzubremsenden, von den Fahrzeugrädern angetriebenen
Welle verbundenen Rotor und einen relativ zur Welle drehbar gelagerten Stator umfaßt, der als
umlaufendes Teil einer mit der hydrodynamischen Bremse zusammenwirkenden ersten Reibungsbremse
ausgebildet ist und mit einer zweiten, unmittelbar auf mit der Radwelle drehfest verbundene Teile
einwirkenden, in Abhängigkeit vom Bremszustand der hydrodynamischen Bremse gesteuerten Reibungsbremse,
dadurch gekennzeichnet, daß die hydrodynamische Bremse (5) ständig eine zumindest annähernd konstante Füllung aufweist
und eire das maximal von der Welle aufnehmbare Bremsmoment bei einer einer bestimmten, mittleren
Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges entsprechenden Drehzahl der Welle aufbringende Dimerisionierung
und daß die in an sich bekannter Weise abstufbar betätigbare erste Reibungsbremse eine bei
maximaler Betätigung das erwähnte, maximal von der Welle aufnehmbare Bremsmoment erreichende
Dimensionierung aufweist.
2. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (6) der hydrodynamischen
Bremse (5) radiale Ringflächen (8) aufweist, welche zusammen mit an diese Ringflächen über
eine an sich bekannte Gestänge- und Betätigungsvorrichtung (Bremszylinder 11 mit Bremsgestänge
10 und Bremssteuerventil 14) andrückbaren Bremsbacken (9) die Reibungsbremse bilden.
Priority Applications (3)
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ID=5767556
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