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Verfahren zum Regeln des Abbremsvorganges an reibkraftge-
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bremsten Achsen oder Wellen von Schienenfahrzeugen sowie Reibkraftbremsanordnung
zur Durchführung des Verfahrens.
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Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln
des Abbremsvorganges an reibkraftgebremsten Achsen oder Wellen von Schienenfahrzeugen,
sowie eine Reibkraftbremsanordnung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Federspeicher-Bremsaggregat,
das über ein Bremsgestänge an einem Bremselement, zum Beispiel in Form einer Bremsbacke,
angreift und am Fahrzeugschassis aufgehängt ist. Allgemeiner Zweck der Erfindung
ist die Erhöhung der Betriebssicherheit insbesondere von Nahverkehrsfahrzeugen.
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Stand der Technik Es ist bekannt, Triebradsätze von Schienenfahrzeugen
generatorisch zu bremsen, wobei solche Bremsen mit ihren hochentwickelten Schleuder-
und Gleitschutzeinrichtungen zufriedenstellend funktionieren.
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Solche generatorischen Bremsen werden infolge ihrer honen Kosten regelmäßig
jedoch nur an einem Teil der abzubremsenden Achsen oder Wellen von Schienenfahrzeugen
eingesetzt, und zwar üblicherweise nur bei Triebfahrzeugen, so daß man zusätzlich
stets Reibungsbremsen benötigt, speziell für Fahrzeuge mit Laufachsen (z.B. Anhänger).
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Bei herkömmlichen Reibungsbremsen reagieren hingegen die Aggregate
zu ungenau, da hier nicht die Bremskraft, sondern
indirekt die Bremsbelag-Anpreßkraft
bzw. die Feder-Entlastungskraft steuerungstechnisch variiert wird. So fehlt hier
jegliche Kontrolle der tatsächlich verursachten Bremskräfte, da man sich bisher
lediglich auf die theoretisch ermittelten und oftmals vom tatsächlichen Bremszustand
weit entfernten Reibungszahlen und Federkennlinien verlassen hat. Vielmehr sind
in der Praxis Abweichungen in
der Reibungszahl zwischen Bremsbelag
und Bremsscheibe infolge unterschiedlicher Belagqualität, zum Beispiel durch Chargenfehler,
infolge Verschmutzung, Temperatur- und feuchte Einwirkung etc bis zu + 30% vom Sollwert
festzustellen. Außerdem ergeben sich Abweichungen der Bremsbelag-Anpreßkraft bei
den heute üblichen Federspeicher-Bremsaggregaten infolge Belagverschleiß, Gelenkspiel
und elastischer Biegung innerhalb des Bremsgestänges sowie durch Hysterese und plastische
Verformung der Spannfeder bis zu + 20% vom Brems-Sollwert. Dadurch kann die gewünschte
Bremskraft eines Radsatzes bis zu + 50% vom Sollwert abweichen, was bei den Haftwertschwierigkeiten
zwischen Rad und Schiene zu erheblichen Konsequenzen führt. So ergeben sich einerseits
längere Bremswege, was im Hinblick auf die Betriebsschwierigkeiten bzw. die höheren
Fahrweg-Baukosten oder die verminderte Reisegeschwindigkeit ungünstig ist. Andererseits
fehlt die Kontrolle der tatsächlich verursachten Bremskräfte.
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Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anpassung der
Bremskraft von Reibungsbremsen an die wechselnden tatsächlichen Betriebsverhältnisse
zu ermöglichen und so die Gesamtbremsung aller Achsen zu optimieren.
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Lösung und Vorteile Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß eine die Bremskraft charakterisierende Größe gemessen, der Meß- bzw. Istwert
mit einem Sollwert für die Bremskraft verglichen und mit dem ermittelten Differenzwert
die Bremskraft korrigiert wird. Die damit erzielbaren Vorteile liegen insbesondere
darin, daß die für den momentanen Betriebszustand kennzeichnenden Größen wie Reibwertänderung,
Fahrzeuggewicht, Geschwindigkeit,
Gefälle etc. unmittelbar berücksichtigt
werden können und damit die Gefahr von zu geringem Abbremsen einerseits sowie von
zum Blockieren der Reibungsbremsen führenden Überbremsungen andererseits beseitigt
wird.
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Es ist zwar bekannt (s. Industrie-Elektrik + Elektronik, 24. Jahrgang,
1979, Heft 8, S. 179/80), mit speziellen geschleppten Meßfahrzeugen zur Ermittlung
des Reibungsbeiwertes zwischen Reifen und Straße das Reaktionsmoment in Form der
Reibkraft an den Bremsbelägen zu messen. Die ermittelten Meßwerte werden jedoch
nicht zu einer kontinuierlichen Regelung des Abbremsvorganges benutzt, sondern dienen
lediglich der Erkundung der Beschaffenheit der Straßenoberflächen.
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Weitere Ausbildungen der Erfindung Vorzugsweise kann bei einer nach
Art eineS Tatzlagers gelagerten Bremse als die Bremskraft charakterisierende Größe
das Bremsmoment in einem definierten Abstand zu den Bremsbacken gemessen werden.
Eine solche Messung ist mit relativ einfachen Bauelementen bewirkbar und führt zu
einer leicht verwertbaren eindeutigen Meßgröße.
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Nach einer anderen Durchführungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann zur Ermittlung der die Bremskraft charakterisierenden Größe eine
Kraftmessung der Reibkraft an der Bremsbackenaufhängung durchgeführt werden. Hierdurch
ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren nachträglich auch an herkömmlichen
Bremssystemen, bei denen eine Momentenmessung in etwas größerem Abstand zu den Bremsbacken
Schwierigkeiten bereiten würde, zum Einsatz gelangen zu lassen, indem man einen
Meßwertgeber unmittelbar oberhalb der Bremsbacke in deren Aufhängungssystem, das
die von der Bremsbacke auf die Bremsscheibe übertragene Kraft als Reaktionskraft
aufnimmt, anordnet und so unmittelbar einen Meßwert erhält.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer Reibkraftbremsanordnung
herkömmlicher Bauart mit einem Federspeicher-Bremsaggregat, das über ein Bremsgestänge
an einem Bremselement zum Beispiel in Form einer Bremsbacke angreift und am Fahrzeugchassis
aufgehängt ist, ist nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung in der Aufhängung
des Bremsaggregats mindestens ein Meßwertaufnehmer, -wandler und -geber angeordnet,
der über einen Stellkreis mit einem Einstellglied zur Veränderung des dem Federspeicher
zuzuführenden Drucks wirkverbunden ist. Mit einer solchen Anordnung ist es in einfacher
und sicherer Weise möglich, die Bremskraft bzw. das Bremsmoment im tatsächlichen
Betriebszustand zu messen und direkt durch einen Vergleich mit einem vorgegebenen
Sollwert eine unmittelbar dem jeweiligen Betriebszustand angepaßte Einstellung des
Drucks im Federspeicher vorzunehmen. Mit einer solchen Anordnung ist es sogar möglich,
den jeweils in der Bremse herrschenden Reibbeiwertji zu errechnen, da man Reibkraft
bzw. Reibmoment exakt messen und bestimmen kann. Die in der Aufhängung gemessene
Stützkraft ist proportional der tatsächlichen Bremskraft, und der in dem Meßwertaufnehmer
elektrisch umgewandelte Meßwert braucht nur mit einem dem Einstellkreis zugeführten
Sollwert, der für unterschiedliche Fahrzeuge, Betriebszustände etc. vorbestimmbar
ist, verglichen zu werden, wobei dann die Differenz als Einstellwert für die Bremskraftänderung
verwendet wird.
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Besonders zweckmäßig ist eine Anordnung, bei der das Bremsaggregat
mit dem Bremselement nach Art eines Tatzlagers zwischen einer Achse eines von dem
Bremselement gebremsten Rades und einem die Radachse tragenden Chassisteil aufgehängt
und der Meßwertaufnehmer und -geber in der Aufhängung des Tatzlager-Bremsaggregates
in einem definierten Abstand zu der Radachse angeordnet ist. Mit einer solchen Anordnung
läßt sich das Bremsmoment genau bestimmen und zur Anpassung der Bremskraft an den
tatsächlichen Betriebszustand als Istwert verwenden.
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Es ist aber auch möglich, bei Bremsanordnungen herkömmlicher Bauart
ohne Tatzlagerung das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung zu bringen, indem
man den Meßwertaufnehmer und -geber vorzugsweise direkt in der Bremsbackenaufhängung
anordnet. Hier wird dann die der Bremskraft proportionale Stützkraft oberhalb der
Bremsbacke gemessen und zum Soll-Istwert-Vergleich herangezogen.
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Aus führungsbei spiele Die Erfindung wird im folgenden anhand der
in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt, Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die Bremsaggregat-Anordnung mit zwei
Möglichkeiten für die Meßwertaufnahme und dem Schaltbild eines erfindungsgemäß vorgesehenen
Einstellkreises, Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht eines nach Art eines Tatzlagers
aufgehängten Bremsaggregats und Fig. 3 einen Horizontalschnitt entsprechend der
Linie III-III der Fig. 2.
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Ein abzubremsendes Radsystem 1, am besten aus Fig. 3 erkennbar, weist
ein Rad 10 und, auf dessen Radachse 12 sitzend, eine Bremsscheibe 11 auf, die in
eine Bremsanordnung 2 einbezogen ist. Die Bremsanordnung 2 besteht im wesentlichen
aus einem Paar Bremsbacken 21, einem Bremsgestänge 22 und einem Federspeicher 23,
die z.B.
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in einer Anordnung vorgesehen sein können, wie sie in der DE-OS 25
49 007 oder auch der älteren Anmeldung P 28 50 756.4-12 der Anmelderin beschrieben
ist. Dabei ist bei einer besonders bevorzugten Ausbildungsmöglichkeit der Erfindung,
wie sie speziell aus der Darstellung der Fig. 2 und 3 hervorgeht, das Bremsaggregat
nach Art eines Tatzlagers
angeordnet, wobei die Einzelteile des
Bremsaggregats in einem gemeinsamen Bremsaggregatgehäuse 20 angeordnet sind, das
mit einer nicht näher bezeichneten Gehäusenabe über einen Kugellagersatz, der entsprechend
abgedichtet ist, auf der Achse 12 des Rades 10 gelagert ist. In diesem Gehäuse 20
befindet sich der Federspeicher 23 mit daran anschließendem Druckmittelzylinder,
deren Funktion ebenfalls den beiden vorerwähnten Patentanmeldungen zu entnehmen
ist.
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In Fig. 1 wurde der Übersichtlichkeit halber das gemeinsame Gehäuse
20 für das Bremsagregat weggelassen, jedoch ist in dieser Fig. dargestellt, wie
das Bremsaggregat an einem Chassis 13, das auch die Radachse 12 mit dem Rad 10 trägt,
aufgehängt ist, nämlich mittels einer Bremsaggregataufhängung 24, wie sie bei einer
Tatzlager-Anordnung vorgesehen ist, oder einer Bremsbackenaufhängung 25, wie sie
bei herkömmlicher Bremskonstruktion vorliegt. Die Aufhängungen befinden sich (5.
Fig. 2) in Abständen 10 bzw. 11 von der Radachse 12.
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In der Aufhängung 24 des Bremsaggregats ist ein Meßwertaufnehmer-
und -geber 30 angeordnet, der die Stützkraft in dieser Aufnehmung mißt, elektrisch
umwandelt und an einen noch näher zu beschreibenden Einstellkreis abgibt. Diese
Messung kann z.B. mittels Dehnungsmeßstreifen erfolgen.
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In dem Meßwertaufnehmer 30 wird das Brems- oder Reibmoment gemessen1
das sich aus der an den Bremsbacken auftretenden Umfangs- oder Reibungskraft und
dem Abstand des Meßwertaufnehmers 30 zu der Backe 21, also 12 = lo - li, ergibt.
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Der aufgenommene und umgewandelte Meßwert wird an einen Soll-Istwert-Vergleicher
31 abgegeben, in den ein Sollwert von einem Sollwert-Abgleicher 32 eingegeben wird.
Dieser
Sollwert, der für verschiedene Fahrzeuge und Betriebszustände
(z.B. Gewichtsänderungen infolge Fahrgast- oder Ladungsaufnahme oder -abgabe, Geschwindigkeiten,
Gefälle etc.) verändert werden kann, wird über den Abgleicher 32 abgeglichen.
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Der in dem Soll-Istwert-Vergleicher 31 ermittelte Differenzbetrag
zwischen momentanem Istwert und Sollwert wird einem Einstellglied 33 zugeführt,
z.B. einem einstellbaren Ventil, über das das dem Federspeicher 23 zugeführte hydraulische
Druckmittel druckveränderbar ist. Über dieses Druckmittel ist die Bremskraft unmittelbar
beeinflußbar, so daß es durch diesen Soll-Istwert-Vergleich mit anschließender Druckregelung
in einfacher Weise möglich ist, die Bremskraft an der Backe 21 jeweils dem tatsächlichen
Betriebszustand, der sich aufgrund der vorerwähnten wechselnden Betriebsverhältnisse,
durch Feuchtigkeit (Änderung des Reibbeiwertes) Abnutzung der Bremsbacken etc. laufend
ändert, in einfacher Weise angepaßt werden kann.
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Statt des das Bremsmoment feststellenden Meßwertaufnehmers 30 in der
Bremsaggregataufhängung 24 kann auch, und zwar zwecks direkter Aufnahme der an den
Bremsbacken auftretenden Umfangskraft, unmittelbar in die Bremsbackenaufhängung
25 ein Meßwertaufnehmer 30' eingebaut werden, wobei dann die gemessene Stützkraft
F5 bzw. der umgewandelte Meßwert in gleicher Weise, wie oben beschrieben, dem Stellkreis
zugeführt und in diesem zur Einstellung des Druckes des Federspeichers verwendet
wird.