DE2351148C3 - Flüssigkeitsgekfihlte Lamellenbremse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Lamellenbremse für Fahrzeuge der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei bekannten Lamellenbremsen dieser Art (DE-AS 2026987, DE-AS 1056947) ist ein Pumpenrad baulich getrennt von der Bremse angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lamellenbremse der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die wenig Bauraum beansprucht, wirtschaftlich herstellbar ist und besonders zuverlässig eine hohe Kühlleistung aufbringt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1.

Bei der Erfindung ist eine bauliche Zusammenfassung und Durchdringung der Bremslamellen mit der Pumpe dadurch geschaffen, daß Teile der Bremse gleichzeitig Teile der Pumpe bilden. Dies ermöglicht eine besonders einfache und gedrängte Bauweise. Die Erfindung umfaßt sowohl eine Ausführung, bei welcher die Pumpenelementc mit den umlaufenden Bremslamellen bei gelöster Bremse rotieren und bei betätigter Bremse von den anderen Bremslamellen gebremst werden oder die Pumpenelemente bei gelöster Bremse mit den feststehenden Bremslamellen feststehen und bei Bremsbetätigung beschleunigt werden.

Insbesondere sind mit der Erfindung die folgenden Vorteile erzielbar:

- Die Flüssigkeitsströmung über die Bremslamellenflächen ist nicht durch Rohrleitungen, Mündungen od. dgl. gedrosselt. Dies stellt eine sehr kräftige Kühlströmung sicher;

- die Pumpe kann praktisch solange, wie die Bremse funktioniert, nicht versagen;

- die schwimmende Anordnung des Pumpenelementes und der ein weiteres Pumpenelement bildenden Bremslamellen läßt sich in sehr einfacher Weise realisieren. Auf Grund dieser schwimmenden Anordnung wird die durch das Pumpenelement erzeugte Hemmung bei unbetätigter Bremse minimal;

- die Kühlströmung ist in einen inneren und einen äußeren Kreislauf aufteilbar, wobei der äußere Kreislauf von einer getrennten Pumpe erzeugt werden kann, wenngleich normalerweise der durch die Pumpwirkung erzeugte Druckunterschied ausreicht, das Kühlmittel durch den äuße- ι^ä ren.z. B. einen Wärmeaustauscher enthaltenden Kreislauf zu pumpen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schema- -° tischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Hälfte einer Lamellenbremse für ein Eisenbahn-Fahrzeug,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der in Fig. 1 dargestellten Bremse und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Hälfte einer Lamellenbremse.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Lamellenbremse weist ein feststehendes zylindrisches Gehäuse 1 auf, 3" das an entgegengesetzten Enden geschlossen ist und von einer Hülse 2 durchsetzt ist, welche mit einem Vielkeilprofil mit einer drehbaren Welle oder Achse 3 verbunden ist. Eine Mehrzahl von Reibelementen in Gestalt von ringförmigen Scheiben 4, die an entgegengesetzten Seiten mit Belägen 5 aus Reibmaterial versehen sind, sind an ihren Außenumfangskanten in Achsenrichtung verschieblich an mit Winkelabstand angeordneten Drehmoment aufnehmenden oder Stützzapfen 6 geführt. Die Reibbeläge 5 können an -to entgegengesetzten Stirnflächen der Scheiben 4 befestigt sein, sind jedoch vorzugsweise als Reibmaterialblöcke ausgebildet und in Ausnehmungen in den Scheiben aufgenommen.

Zwischen jeweils zwei einander benachbarten Scheiben 4 ist eine Scheibe 7 angeordnet. Jede der Scheibei? 7, die in zwei weiteren Gruppen zusammengefaßt sind, weist ein ringförmiges Teil auf, das sich von einer mit Vielkeilprofil versehenen Mittelhülse 8 aus nach außen erstreckt. Die Scheiben 7 sind an der Mittelhülse 8 in Achsenrichtung relativ verschieblich geführt.

Die Hülse 8 ist von einem schwimmend angeordneten, ein Kreiselpumpen-Element bildenden ringförmigen Bauteil 9 von beträchtlicher Dicke umgeben, welches zwischen den jeweils am weitesten innenliegenden Scheiben 7 der beiden zusätzlichen Scheibengruppen angeordnet ist. Das ringförmige Bauteil bildet ein Pumpenlaufrad und ist mit Durchlässen 10 versehen, die seine Innen- und Außenumfangskanten miteinander verbinden. Zwischen den Flächen einander benachbarter, an der Scheibe 4 angebrachter Reibbeläge S sind radial verlaufende Kanäle 11 gebildet, die an offenen, nach außen gewandten Seiten von den benachbarten Scheiben 7 begrenzt sind. Die Ka- b5 näle 11 stellen die Verbindung zwischen den Innen- und Außenumfangskanten der Scheiben 4 her.

Die Scheiben (Lamellen) 4 und 7 und das schwimmend angeordnete Bauteil (Laufrad) 9 lassen sich durch Betätigen eines ringförmigen Kolbens 13, der in einer ringförmigen Bohrung 14 in einer Stirnwand 15 des Gehäuses arbeitet, zusammendrücken und gegen die entgegengesetzte Stirnwand des Gehäuses pressen. Im gezeichneten Beispiel weist der Kolben 13 innere und äußere, in radialer Richtung versetzt angeordnete Andrückglieder 16 und 17 auf, die mU einer elastisch verformbaren Brücke 18 miteinander verbunden sind. Die Lamellen 4 und 7 sowie das Laufrad 9 sind jeweils aus inneren und äußeren Teilen 4A und 4B bzw. 7A und TB bzw. 9A und 9B zusammengesetzt, die über ein Vielkeilprofil oder in anderer Weise miteinander verbunden sind, um zum Ausgleichen thermischer Verformung wenigstens in Achsenrichtung relativ beweglich zu sein. Die Andrückglieder 16 und 17 wirken jeweils auf einen der getrennten Teile. Da die Brücke elastisch verformbar ist, können die Teile unabhängig von thermischer Verformung gleich stark belastet werden.

Die Mittelhülse 8 weist zwei im Abstand voneinander angeordnete radiale Vorspr iiige 19 und 20 auf, die sich nach innen in Richtung aiii die Hülse 2 zu erstrecken. In einem Vielkeilprofil an der Außenfläche der Hülse 2 ist eine Mehrzahl von ringförmigen Bremsscheiben 21 verschieblich geführt, welche sich unter Reibschluß in Eingriff mit einer komplementären Gruppe von Scheiben 22 bringen lassen, die verschieblich in einem Vielkeilprofil einer Nabe 23 geführt sind. Diese ist an der Innenseite der Mittelhülse 8 angeordnet und weist einen Vorsprung 24 auf, der sich im Abstand vom Vorsiprung 19 in Richtung auf die Hülse 2 zu erstreckt. Zwischen den Vorsprüngen 19 und 24 sind mit Winkelabstand Kugeln 25 angeordnet, die in Ausnehmungen 26 aufnehmbar sind, welche in sich gegenüberliegenden Flächen der Vorsprünge 19 und 24 ausgebildet sind. Die Vorsprünge 19 und 24 sind von einer Druckfeder 27 im Abstand voneinander gehalten, um die Scheiben 21 und 22 aneinanderzupressen.

Befindet sich die Bremse in einer Ruhestellung, sind die Scheiben 21 und 22 durch drei mit Winkelabstand angeordnete Kolben 28 außer Eingriff gehalten. Die Kolben 28 wirken über eine ringförmige Andrückscheibe 29 und Schubstangen 30 auf die Nabe 23.

Um das Gehäuse flüssigkeitsdicht zu machen, sind zwischen den Stirnwänden des Gehäuses und der Hülse 2 Dichtglieder 31 und 32 angeordnet.

Das Gehäuse 1 ist mit Flüssigkeit gefüllt, vorzugsweise mit einer Flüssigkeit in dler Art eines ölemulsion-Kühlmittels, das aus einem Behälter über einen Einlaßstutzen 33 einleitbar ist. Auf diese Weise sind alle vier Scheibengruppen 4,7,21 und 22 in öl eingetaucht. Eine in dci uem Laufrad 9 gegenüberliegenden gekrümmten Gehäusewand ausgebildete radiale Auslaßöffnung 34 ist an den Behälter angeschlossen.

Befindet sich die Bremse in einer Ruhestellung, sind die Scheiben 21 und 22 gegen die Kraft der Druckfeder 27 durch an den Kolben 28 aufgetragenen Hydraulikdruck außer Eingriff gehalten. In diesem Betriebszustand stehen die Mittelhüls·; S und die Nabe 23 fest.

Bei Betätigen der Bremse wird zuerst die Zufuhr von Hydraulik-Druckmittel zu den Kolben 28 unterbrochen. Die Druckfeder 27 kann dann die Nabe 23 in Achsenrichtung verstellen, um die Scheiben 21 und

22 in Eingriff miteinander zu bringen. Dies bewirkt, daß die Nabe 23 in der Drehung der Hülse 2 und der Welle 3 relativ zur Mittelhülse 8 mitgenommen wird. Infolge der Relativdrehung zwischen den Vorsprüngen 19 und 24 verlassen die Kugeln 25 ihre Ausnehmungen 26 und laufen an durch schräge Seitenwände der Ausnehmungen gebildeten Rampen auf, um die Nabe 23 mit der Mittelhülse 8 zu verblocken. Die Mittelhülse 8 läuft dann mit der Welle 3 um und nimmt die Lamellen 7 mit.

Wenn die Lamellen 7 in der Drehung der Welle 3 durch eine Kupplung mitgenommen werden, die durch den Angriff der Kugeln 25 an den Vorsprüngen 19 und 24 zustande gekommen ist. wird dann unter Druck stehendes Hydraulik-Druckmittel dem ringförmigen Kolben 13 zugeführt, der die umlaufenden Lamellen 4, die Lamellen 7 und das Laufrad 9 aneinander preßt.

Das Laufrad 9unnl '/n<uimmcn mit den Lamellen 7 angetrieben, um eine Kreiselpumpe zu bilden, die eine Flüssigkeitsströmung radial nach außen durch das Laufrad 9 hinweg und radial nach innen durch die Rücklaufkanäle 11 hindurch erzeugt. Die Flüssigkeit wird aus dem Behälter in das Gehäuse 1 angesaugt und von dort über die Auslaßöffnung 34 in den Behälter /urückgelcitct.

Bei der vorbeschriebenen Ausbildungsform ist in /u den Kolben 28 und 13 führenden Hydraulikleitungen 34' bzw. 35 jeweils eine Drosselvorrichtung oder ein Ventil eingebaut, um sicherzustellen, daß der Kolben 13 nicht betätigt werden kann, wenn die Kolben 28 nicht zuvor von Druck entlastet worden sind.

Da das Laufrad 9 und die Lamellen 7 bis zum Betätigen der Bremse stillstehen, kann in der Ruhestellung der Bremse keine Flüssigkeitsströmung und demzufolge keine durch die Kreisclpumpenwirkung hervorgerufene Förderhöhe erzeugt werden.

Sobald die Bremse betätigt wird und entsprechende Lamellen 7 an entgegengesetzte Stirnflächen des Laufrades 9 angedrückt werden, ergibt sich anfänglich eine beträchtliche Flüssigkeit-Durchflußmenge, die der momentanen Wärmeentwicklung infolge des Reibschlusses zwischen den Lamellen 4 und 7 entgegenwirkt.

In Abwandlung der zuvor beschriebenen Bremse können die Dichtglieder 31 und 32 verschieden angeordnet sein, so daß die Scheiben 21 und 22 und die Kupplung gegenüber dem Innenraum des Gehäuses 1 isoliert sind. Auf diese Weise ist erreicht, daß die Scheiben 21 und 22 nicht mehr in Flüssigkeit eingetaucht sind, und weiterhin, daß die Lebensdauer der Dichtglieder 31 und 32 verlängert wird, da sie dann feststehen.

In einer weiteren Ausbildungsform der Kupplung kann ein Eingriffsverhältnis zwischen komplementären ebenen, schrägen Flächen an den Vorsprüngen 19 und 24 der Mittel hülse 8 bzw. der Nabe 23 vorgesehen sein.

In einer (nicht gezeichneten) abgewandelten Ausbildungsform erfolgt der Auftrag der Bremsbetätigungskraft auf die außenliegenden Lamellen 4 mit entgegengesetzt wirkenden Kolben, die in Hydraulikzylindern in den Stirnwänden des Gehäuses 1 arbeiten. Bei einer derartigen Ausbildungsform kann das Laufrad 9 einstückig ausgebildet sein.

In einer weiteren Ausbildungsform ist zwischen Paaren oder Gruppen von feststehenden und drehbaren Reibbremselementen ein Paar Kreiselpumpenclcmente angeordnet, wobei jede Elementgruppc von einem Paar entgegengesetzt wirkender Kolben zusammendrückbar ist. Zweckmäßigerweise gehört der jeder Gruppe zugeordnete mittlere oder innenliegende Kolben zu einem in einer gemeinsamen Bohrung arbeitenden Paar gegeneinander wirkender Kolben.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Bremse ist ein Teil des Gehäuses von einem Rad eines Schienenfahrzeuges gebildet, an das die Bremse angebaut ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Rad um ein feststehendes Bauteil 40 drehbar, und die mit Reibhelägen 5 versehenen Lamellen 4 laufen mit dem Gehäuse 1 um. Die Lamellen 7 sind von einer die Achse umschließenden Nabe 41 festgehalten und an dieser verschieblich geführt.

Zwischen den Enden des Gehäuses 1 und der jeweils außenliegcnden Lamelle 7 ist je ein ringförmiges Anpreßstück 42 bzw. 43 schwimmend angeordnet. Die Anpreßstücke 42 und 43 wirken auf die Lamellen 7 über ringförmige Andrückringe 44 bzw 45, die in Ausp.e!i:nungcn 46 bzw. 47 in den Anpreßstücken 42 bzw. 43 aufgenommen sind. Die Andrückringe 44 und 45 weisen in radialer Richtung innen- bzw. außenüegcndc Andrückglieder 48 und 49 auf, die durch elastisch verformhare Brücken 50 miteinander verbunden sind. Jedes der Andrückglieder 48 und 49 greift an einem der gelenkig aneinander angeschlossenen Teile der Lamellen 7 so an, daß beide Teile jeder

¹ Lamelle unabhängig von thermischer Verformung gleich stark belastbar sind.

Ein die Achse 40 umgebender rir^förmiger Kolben 51 arbeitet in einer von der Innenfläche der Nabe 41 begrenzten zylindrischen Bohrung 52 und weist an seinem äußeren Ende einen nach außen gerichteten Vorsprung 53 auf, an dem eine keilförmige Anpreßfläche 54 ausgebildet ist, welche an einer komplementären Fläche 55 am inneren Ende des Anpreßstückes 42 zur Anlage bringbar ist.

In ähnlicher Weise ίüL>t sich am inneren Ende des Anpreßstückes 43 ein ringförmiger Gcgenhalter 56 in einer Richtung zur Anlage bringen, die der Richtung, in der der Eingriff zwischen der Anpreßfläche 54 und dem Anpreßstück 42 erfolgt, entgegengesetzt • ist.

Die Füllungdcs Gehäuses 1 mit flüssigem Kühlmittel erfolgt aus einem Behälter über einen (nicht gezeichneten) Einlaßstutzen. Die Flüssigkeit soll durch die Kanäle 11 zwischen den Lamellen 4 und 7 und

ι durch Kanäle 57 in den Anpreßstücken umgewälzt werden. Der Kanal 57 im Anpreßstück 42 ist mit einem Kanal 58 im Kolben 51 verbunden, der zu einem Kanal 59 im Bauteil 40 führt, welcher seinerseits über einen Rücklaufstutzen 60 an den Behälter angei schlossen ist.

Normalerweise laufen in einer Ruhestellung die Lamellen 4 mit dem Gehäuse um und die Lamellen 7 stehen still. Eine durch Relativbewegung zwischen den Lamellen 4 und 7 erzeugte, durch die Kreiselpumpenwirkung hervorgerufene Förderhöhe ist durch eine auf gleicher Wirkung beruhende Förderhöhe im Gleichgewicht gehalten, welche durch die schwimmend angeordneten Anpreßstücke 42 und 43 erzeugt wird, die mit dem Rad umlaufen können.

Sobald der Kolben 51 unter Druck stehendes Hydraulik-Druckmittel erhält, wird er vorgeschoben und drängt die Anpreßstücke 42 und 43 gegeneinander. Dadurch werden die Lamellen 4 und 7 zusammenge-

prcl.it und gleichzeitig eine Abbremsung und der Auftrag von Bremskräften an den Anpreßstücken 42 und 43 bewirkt. Dabei und während des daraus sich ergebenden Schlupfes wird eine beträchtliche Flüssigkeitsströmung /wischen den Lamellen 4 und 7 nach außen und durch die Kanäle 57 in den Anpreßstücken 42 11 ml 43 hindurch nach innen erzeugt.

!Sei dem zuvor beschriebenen und in Fig. 3 darge-

stellten Ausführungsbeispiel ist das Laufrad von den umlaufenden Bremselementen (Lamellen) 4 gebildet, die in gleicher Weise wie das Laufrad 9 der Ausbildungsform entsprechend Fig. I und 2 wirken.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausbildungsform ist im übrigen die gleiche wie in Fig. I und 2 gezeigt. Einander entsprechende Bauteile sind daher mit gleichen Bezugs/eichen bezeichnet.

Hierzu ^ BUiU /.cichnuniicn

Claims (11)

Patentansprüche;

1. FlüssigkeitsgekOhlte Lamellenbremse für Fahrzeuge, bei der in einem gemeinsamen Gehäuse Gruppen erster, auf einer Welle aufgekeilten Bremslamellen und zweiter mit dem Gehäuse verkeilten Bremslamellen mittels einer Bremsbetätigungsvorrichtung aneinander preßbar sind sowie eine Pumpe vorgesehen ist, die Strömungskanäle zum Erzeugen eines Kühlstromkreislaufes durch die Bremse und in relativ zu beiden Gruppen von Bremslamellen schwimmend und frei drehbar angeordnetes Pumpenelement aufweist, wobei durch die beim Bremsen erzeugte Lamel- '⁵ lenanpreßkraft die Pumpe wirksam gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenelement (9; 42,43) direkt zwischen zwei Bremslameilen (4) der ersten Gruppe oder einer Bremslamelle dieser Gruppe und der Welle allein durch die Betätigungsvorrichtung (13, 14; 44, 46) einklemmbar ist, so daß es in eingeklemmtem Zustand an der ersten Gruppe festgelegt ist, und daß die im wesentlichen radialen Strömungskanäle (11) sowohl in dem Pumpenelement als auch in den Bremslamellen (4) derjenigen Gruppe ausgebildet ist, welche sich in eingeklemmtem Zustand relativ zu dem Pumpenelement bewegt.

2. Lamellenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) umläuft und das schwimmende Pumpenelement (42, 43) bei gelöster Bremse mit den umlaufenden Bremslamellen (4) rotiert, deren K'ihlkanäle (11) ebenfalls zur Erzeugung eines Pumpdrucks ausgebildet sind, und daß das schwimmende Pumpenelement » bei Betätigung der Bremse in Reibeingriff mit den feststehenden Bremslamellen (7) gebracht wird, wobei das nun relativ feststehende Pumpenelement (42, 43) den Pumpdruck der Kühlkanäle (11) an den rotierenden Lamellen (4) keinen Wi- *o derstand mehr leistet.

3. Lamellenbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) feststeht, und daß das schwimmende Pumpenelement (9) bei betätigter Bremse durch Reibschluß mit den drehbaren Bremslamellen (4) angetrieben ist (Fig. 1, 2) und einen Pumpdruck erzeugt.

4. Lamellenbremse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem drehbaren, abzubremsenden Teil (3) und der zugehörigen >o Bremslamellengruppe (7) eine Kupplungsvorrichtung (19 bis 30) angeordnet ist, die bei gelöster Bremse (4, 7) in ausgerücktem Zustand gehalten ist, so daß alle Teile der Bremse (4, 7) und der Pumpe (4, 9) feststehen.

5. Lamellenbremse nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Sicherheitsvorrichtung, die sicherstellt, daß die Bremse (4, 7) nicht betätigt werden kann, solange die Bremskupplung (19,24, 25) zur Erzeugung des Lamellenanpreßdrucks nicht in eine Einschaltstellung gedrängt ist.

6. Lamellenbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsvorrichtung (19 bis 30) in der ausgerückten Stellung durch Hydraulikdruck gehalten ist, dem die Kraft einer Feder (27) entgegenwirkt, welche die Kupplungsvorrichtung (19 bis 30) nach Aufheben des Hydraulikdruckes in die eingerückte Stellung

drängt,

7. Lamellenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Kanäle (10,11; 11, 57) vollständig innerhalb der wirksamen axialen Dicke jedes Pumpenelementes (4, 9; 42, 43) liegen,

8. Lamellenbremse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (11) durch Spalte zwischen Reibmaterialflächen (5) gebildet sind, die mit Abstand in Umfangsrichtung an den mit dem Gehäuse (1) verkeilten Bremslamellen (4) ausgebildet sind (Fig. 2).

9. Lamellenbremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibmaterial in Gestalt von im wesentlichen segmentförmigen Belägen (5) mit Zwischenabstand in Umfangsrichtung an entgegengesetzten Stirnflächen der Bremslamellen (4) angebracht ist (Fig. 2).

10. Lamellenbremse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibmaterial in Form von Blöcken in komplementär gestalteten Ausnehmungen in den Reibelementen (4) aufgenommen ist.

11. Lamellenbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) Einlaß- (33) und Auslaßöffnungen (34) ausgebildet sind, durch die das Gehäuse (1) an einen Flüssigkeitsbehälter angeschlossen ist, der als Wärmeaustauscher oder als Kühler für durch das Gehäuse (1) hindurchgepumpte und umgewälzte erwärmte Flüssigkeit dient.