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Bremse, beispielsweise Feststellbremse, mit einem Federsseicher-
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Bremsaggregat.
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Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Bremse, beispielsweise
Feststellbremse, mit einem Federspeicher-Bremsaggregat umfassend eine die Bremskraft
erzeugende Feder und eine mechanische, hydraulische, pneumatische, magnetische und/oder
elektrische Brems-Löseeinrichtung sowie mindestens ein mit Feder und Löseeinrichtung
über eine Bremsgestängeanordnung verbundenes Bremselement, z.B. in Form einer Bremsbacke.
Solche Bremsen werden vorwiegend bei Fahrzeugen, insbesondere bei Schienenfahrzeugen
eingesetzt, jedoch sind sie ebenso für alle möglichen anderen Zwecke geeignet, bei
denen derartige Bremsen benötigt werden, beispielsweise für Kräne, umlaufende Krafemaschinen
od.dgl.
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Stand der Technik Aus der DE-OS 25 49 007 sind Bremsen in Form von
Federspeicherbremsen der vorstehend beschriebenen Art bekannt, die für bestimmte
Anwendungsfälle an schienengebundenen Fahrzeugen weqen ihrer kompakten Bauweise
und des geringen Einbaugewichts bei Erzeugung hoheL Bremskräfte von erheblichem
Vorteil sind, insbesondere für Nahverkehrsfahrzeuge, bei denen auf kleinstem Raum
leistungsfähige Federspeicher unterzubringen sind. Es ist bei derartigen Bremsen
eine bekannte Tatsache, daß infolge des Verschleißens der Bremsbeläge eine Nachstellung
erfolgen muß. Zu diesem Zweck waren früher relativ aufwendige Nachstelleinrichtungen
erforderlich, die zu der der DE-OS 25 49 OO zugrundeliegenden Forderung führten,
eine automatische Nachstellung zu bewirken. Zu diesem Zweck hat man dort zusätzlich
zu dem eigentlichen Betätigungskolben, der auf seiner einen Seite für die Erfüllung
der Bremsfunktion von der Feder
und auf der anderen Seite für das
Lösen von einem Druckmittel beaufschlagt ist, einen zweiten Kolben vorgesehen, der
über eine Druckmittelregulierung der Einstellung der Federkraft dient. Um diese
Ein- bzw. Nachstellbarkeit weitgehend automatisch erfolgen zu nassen, sind dort
besondere Ventileinrichtungen erforderlich und vorgesehen. Nun hat allerdings diese
bei der bekannten Bremse vorgesehene Nach- und Einstellvorrichtung den Nachteil,
daß sie sehr kompliziert und aufwendig ist, wenn man das Druckmittel mit der erforderlichen
Genauigkeit regulieren will, und zwar insbesondere deshalb, weil das Druckmittel
in Abhängigkeit vom Bremskraftverlust selbsttätig innerhalb der Vorrichtung geregelt
werden muß.
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Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer selbsttätig
nachstellbaren Bremse der eingangs geschilderten Art die Bremsfunktion selbsttätig
und unabhängig von dem Bremsbackenverschleiß mit einfachsten mechanischen Mitteln
zu gewährleisten.
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Lösung und Vorteile Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Kraft/Weg-Kennlinie der Feder und der Aufbau der Bremsgestängeanordnung
mechanisch und geometrisch derart einander zugeordnet sind, daß bei zunehmendem
Bremsbackenverschleiß die Bremskraft zumindest im wesentlichen konstant bleibt.
Dabei macht sich die Erfindung die Kenntnis zunutze, daß man die infolge Bremsbackenverschleisses
entstehenden Weg-Kraft-Verluste durch bestimmte geometrische Anordnungen des Gestänges
ausgleichen kann. Mit anderen Worten ist es nach der Erfindung möglich, Veränderungen
während des Betriebes durch die Abstimmung der Federkennung und der geometrischen
Verhältnisse in den Kraftübertragungselementen automatisch und insbesondere ohne
zusätzliche Regeleinrichtungen auszugleichen.
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Weiterbildungen der Erfindung In konstruktiv besonders einfacher Weise
läßt sich der Hauptgedanke der Erfindung dadurch verwirklichen, daß die Feder eine
vorgegebene progressive Kennlinie aufweist und die Bremsgestängeanordnung als mindestens
ein Betätigungselement, einen Spreizenhebel und einen Bremshebel umfassende Kniehebelkonstruktion
ausgebildet ist, wobei Betätigungselement und Spreizenhebel sowie Bremshebel jeweils
gelenkig miteinander verbunden sind, der Spreizenhebel unter einem Winkel < 900
an dem Betätigungselement angelenkt ist, der Bremshebel an einem Feder und Brems-Löseeinrichtung
umgebenden Gehäuse geJagert ist und an ihm die Bremsbacke mit Bremsbelag angelenkt
ist. Bei einer solchen Anordnung macht man sich den Umstand zunutze, daß eine progressive
Federkennlinie und die Darstellung des Tangens eines Winkels über dem Winkel einen
annähernd gleichen Verlauf haben, wobei mehr oder weniger starke Angleichungen durch
Veränderung der Federprogression vorgenommenwerden können. Der für diese Abhängigkeitsverhältnisse
maßgebliche Winkel liegt in dem Kniegelenk, also zwischen Spreizenhebel und Betätigungselement
bzw. -stange.
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Die Bremskraft ergibt sich als Produkt aus dem Tangens des besagten
Winkels zwischen Spreizenhebel und Betätigungsstange mit der von der Feder erzeugten
Rückstellkraft. Da nun der Winkel bei abnehmender Rückstellkraft der Feder, d.h.
bei zunehmendem Verschleiß der Bremsbeläge, größer wird, wird auch der Faktor größer,
mit dem sich.die Bremskraft erhöht, so daß eine Abnahme der Federrückstellkraft
auf diesem Wege kompensiert werden kann. Die dieser Anordnung zugrundeliegenden
geometrischen Zusammenhänge ergeben insgesamt eine sehr einfach , gegenüber den
bekannten Vorrichtungen konstruktiv mit wesentlich geringerem Aufwand herstellbare
Bremse, die sich damit nicht nur wegen ihrer Funktionstüchtigkeit
und
-sicherheit, sondern auch durch Wirtschatlichkeit auszeichnet. Außerdem verhindert
diese Anordnung eine Relativbeweglichkeit zwischen Feder und Bremsbacke, so daß
außer der Bremsreaktionskraft keine zusätzlichen Kräfte in das Chassis eingeleitet
werden und keine - sonst bei getrennt von der Rückstellfeder gelagertem Hebel -
auftretenden Verlagerungswege ausgeglichen zu werden brauchen, ehe die Bremskraft
wirksam wird. Dabei folgert es der Fachmann ohne weiteres als selbstverstndlich,
daß der Winkel zwischen Spreizenhebel und Betätigungselement immer kleiner als 900
zu wählen ist, weil tan 900 = CO ist und sich bei einer entsprechenden Anordnung
eine Überbremsung ergeben würde.
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Bei Anwendung der Erfindung auf herkömmlihe Bremsanordnungen, z.B.
bei Schienenfahrzeugen, ist es zweckmäßig, daß die Bremsbacken paarweise gegeneinander
arbeitend angeordnet und die Bremshebel als um gehäusefeste Schwenkpunkte schwenkbare
zweiarmige Hebel ausgebildet werden, die an ihren von dem Anlenkpunkt der Spreizenhebel
abgelegenen Enden die Bremsbacken tragen. Auf diese Weise erhält man eine einfache,
wenig aufwendige, kompakt-raumsparende Konstruktion niedrigen Gewichts.
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In besonders zweckmäßiger Weise kann bei einer Bremse der aus der
DE-OS 25 49 007 bekannten Bauweise mit einem auf einer Seite von der Feder, auf
der anderen Seite von einem Druckmittel beaufschlagten Kolben, der in dem die Feder
umgebenen Gehäuse bewegbar ist, und einer Einstelleinrichtung zur Regulierung der
Federkraft die Einstelleinrichtung aus einer scheibenförmigen Einstellschraube bestehen,
die in einem Einstellgewinde in dem Gehäuse verstellbar ist und das Gegenlager zu
der sich am Kolben abstützenden Feder bilden kann. Auf diese eise erzielt man eine
besonders einfache
und sinnfälligt Einstellmöglichkeit für die
Rückstellz.w. Federn aus feder, daYEetYEIastomeren ein geringes Setzen selbst bei
besonderer Formgebung der Federelemente nicht auszuschließen ist. Eine solche Einstelleinrichtung
ist in konstruktiv einfacher Weise in den Gesamtaufbau der Feststellbremse integriert,
und man kann darüber exakt die gewünschte, dem Winkel zwischen Betätigungsstange
und Spreizenhebel entsprechende Federkraft einstellen, so daß der angestrebte Kompensationseffekt
über den gesamten Abriebbereich der Bremsbeläge erhalten bleibt.
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Um in konstruktiv besonders zweckmäßiger Weise die Reaktionskräfte,
die durch die Bremse übertragen werden, abfangen zu können, kann die Feststellbremse
vorteilhaft in Form einer Tatzlagerung zwischen einer Achse eines von der Bremse
gebremsten Rades und einem die Achse tragenden Chassisteil aufgehängt sein. Solche
Tatzlagerungen sind zwar bisher in verschiedener Weise bekannt geworden. haben aber
bei Bremsen der der Erfindung zugrundeliegenden Art noch keine Anwendung gefunden.
Sie haben den Vorteil, daß schädliche Verkantungen und seitliche Mittenabweichungen
zwischen Bremsbacken und Bremsscheibe vermieden werden können und eine in sich yeschlossene,
kompakte Anordnung möglich ist.
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Ausführungsbeisplele Die Erfindung wird im folgenden anhand der in
der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Bremsbetätigungseinrichtung
mit neuen Bremsbelägen, Fig. 2 die Anordnung der Fig. 1, jedoch bei stark abgenutzten
Bremsbelägen,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Anordnung der
Fig. 1 als Tatzlagerung wrld Fig. 4 die Anoruiiungder Fig. 3 in Seitenansicht.
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In Fig. 1 ist die Bremsbetätigungseinrichtung nach der Erfindung als
paarweise wirkende Anordnung von mit Bremsbelägen 12 ausgebildeten Bremsbacken 13,
die auf eine Bremsscheibe 14 wirken, dargestellt. Die Brems-Betätigungseinrichtung
umfaßt im wesentlichen einen Zylinder 1 mit hier nicht näher dargestelltem Gehäuse,
in dem ein Kolben 3 hin- und herbewegbar angeordnet ist. Auf die eine Seite des
Kolbens wirkt eine entsprechend 2 dem Pfeil A zuführbare Druckflüssigkei während
auf die andere Seite des Kolbens entgegen der Richtung des Pfeiles A ein Federspeicher
in Form einer elastomeren oder Gummifeder 4 wirkt.
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Dieser Federspeicher kann aus einer Mehrzahl elastomerer Federelemente
aufgebaut sein; die Gesamtzahl dieser Federelemente ergibt die Kennung des Federspeichers.
Die Rückstellfeder 4 stützt sich auf der dem Kolben 3 ablegenen Seite an einer Einstellschraube
30 ab, die über ein Einstellgewinde 31 innerhalb des Zylinders 1 feststellbar ist
und deren Bewegung in Richtung des Pfeiles B eine Kompression der Rückstellfeder
4 und damit eine Erhöhung von deren Vorspannung zur Folge hat.
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Der Kolben 3 trägt eine Kolbenstange 6, die sich durch das Federpaket
4 und die Einstellschrauüe 30 hindurch erstreckt.
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An ihrem freien Ende trägt die Kolbenstange 6, in einem Hebellager
19 gelagert, eine Kniehebelanordnung, die aus je einem Paar Spreizenhebeln 8 und
an diesen gelenkig angeordneten zweiarmigen Bremshebeln 9 besteht. Die Bremshebel
9 sind an den Spreizenhebeln 8 in Anlenkpunkten 17 angelenkt und in gehäusefesten
Schwenkpunkten 15 gelagert, während sie an ihrem freien Ende die Bremsbacken 13
mit den Bremsbelägen 12 tragen. Die Schwenkpunkte 15 sitzen an Lagerstegen 7, die
an
dem Zylinder 1 befestigt sein können.
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Der Aufbau des Zylinders 1 für die Druckflüssigkeit 2 und die Feder-Kolben-Anordnung
kann ähnlich wie in der DE-OS 25 49 007 erfolge und bedarf an dieser Stelle keiner
näheren Erläuterung. Es sei lediglich der guten Ordnung halber darauf hingewiesen,
daß das Federpaket 4 seitlich und um die Kolbenstange 6 herum gegenüber der Wandung
des Zylinders 1 5 einen Freiraum/haben muß, um eine einwandfreie Federfunktion zu
gewährleisten.
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Die Wirkung der Feststellbremse ist so, daß bei Beaufschlagung des
Kolbens 3 mit Druckflüssigkeit 2 der Kolben in Richtung des Pfeiles A verschoben
wird, und zwar in einem Ausmaß, um ein Abheben der Bremsbacken um das Lüftspiel
a von der Bremsscheibe 14 zu ergeben. Eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte
Steuereinrichtung, die in SChängigkeit Vom Kolbenweg wirkt, stellt sicher, daß die
Bremsbeläge 12 trotz unterschiedlicher Verschleißstadien jeweils nur um das Lüftspiel
a, das in der Regel 1,5 bis 2 mm betet: t, abgehoben werden, um ein rasches Ansprechen
der Bremse zu gewährleisten. Dieses Lüftspiel muß auf der anderen Seite ausreichend
groß sein, um ein Schleifen der Bremsbeläge 12 an der Bremsscheibe beim Lauf des
Fahrzeuges zu verhindern.
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Die in Fig. 3 und 4 dargestellte Tatzlagerung zeigt die Bremsbetätigungseinrichtung
innerhalb eines Tatzlagergehäuses 23, das mit einer Gehäusenabe 21 über einen Kugellagersatz
20, abgedichtet durch eine Dichtung 24, auf einer Radachse 27 eines Rades 29 (s.
Fig. 4) gelagert ist. Das Tatzlagergehäuse 23 geht in den Druckmittelzylinder 1
über und ist an diesem mittels einer Aufhängung 28 gegenüber einem Chassisteil 33
gelagert. Die an den Bremsbacken 13 senkrecht zur Blattebene der Fig. 3 auftretenden
Quer- oder Reaktionskräfte werden
über Gestänge 32 auf da Tatzlagergehäuse
23 und damit auf das feste Wagensystem übertragen und aufgefangen.
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In Fig. 1 und Fig. 2 sind unterschiedlich große Winkel i 1 und &2für
verschieden stark abgenutzte Bremsbeläge 12 dargestellt. In Fig. 1 ist der Bremsbelag
12 als neu, d.h. als weitgehend unverschlissen dargestellt, während in Fig. 2 der
Bremsbelag unmittelbar vor seiner Erneuerung steht. Bei dem neuen Belag muß die
Kolbenstange 6 ihren maximalen Weg in Richtung A zurücklegen, und es ergibt sich
das rechts neben dem Hebellager 19 angedeuteteKräftedreieck aus und, halber Rückstellkraft
FR1 w Bremskraft Fb(je Bremsbacke bzw. -belag). Dabei ergibt sich die Bremskraft
tan α 2 = const.
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Beträgt die Federrückstellkraft bei neuen Bremsbeläcien z.B.
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50.000 N und der Winkel 530, so ergibt sich eine Bremskraft FB = 33176
N.
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Ist hingegen, wie aus Fig. 2 erkennbar, ein stärkerer Verschleiß der
Bremsbeläge 12 zu verzeichnen, so wird der Winkel g größer, z.B. zu einem Winkel
t2 = 680 (s. Dar-2 stellung des Kräftedreiecks in Fig. 2). Die Feder 4 ist dabei
schon wesentlich stärker expandiert und kann nur noch einen geringeren Weg zurücklegen,
auf dem sie z.B. nur eine Rückstellkraft FR2 = 26803 N ausübt. Die Bremskraft FB
beträgt infolge des größer gewordenen Tangens aber ebenfalls 33176 N, d.h. der Verlust
an Federkraftvermögen ist durch die Winkelveränderung kompensiert worden.
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