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Schweizerische Lokomotiv- und Maschinenfabrik, Winterthur
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Bremseinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Zahnradfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein
Zahnradfahrzeug, zum Befahren von Strecken mit starkem Gefälle, mit mehreren zum
Anhalten des Fahrzeugs geeigneten mechanischen Bremseinheiten, von denen jede eine
Bremse und eine ihr zugeordnete Betätigungseinrichtung mit einem über eine Betätigungsleitung
beeinflussbaren Stellorgan enthält, wobei die Bremseinheiten über mindestens zwei
Bremssteuerorgane im Sinne einer eine Bremsung auslösenden Verstellung betätigbar
sind und zur Ausübung von Bremskräften ausgelegt sind, deren Summe grösser ist als
die für das sichere Anhalten des Fahrzeugs erforderliche minimale Gesamtbremskraft.
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Diese "minimale Gesamtbremskraft" enthält in der Regel einen vorbestimmten
Sicherheitszuschlag zu jener errechneten Bremskraft, durch welche das Fahrzeug gerade
noch angehalten werden kann.
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Eine bekannte Bremseinrichtung der genannten Art weist zwei voneinander
völlig getrennte Gruppen von Bremseinheiten auf, wobei jede Gruppe für sich zum
Anhalten des Fahrzeugs geeignet ist und für sich über eine eigene Steuereinrichtung
mit mehreren, z.B. vier Bremssteuer-
organen beeinflussbar ist ("SLM
Technische Mitteilungen", Mai 1979, Seiten 5 und 7). Bei einer derartigen strikten
Unterteilung der Bremseinheiten in voneinander unabhängige Gruppen besteht die zumindest
theoretische Möglichkeit, dass bei bestimmten Kombinationen von Störungen in den
einzelnen Gruppen das Fahrzeug nicht mehr gebremst werden kann, obwohl genügend
funktionsfähige Bremseinheiten und genügend funktionsfähige Bremssteuerorgane für
eine Bremsung im Fahrzeug vorhanden sind. Dies wäre z.B. der Fall, wenn die Bremssteuerorgane
der einen Bremseinheitengruppe und die Bremseinheiten der anderen Bremseinheitengruppe
gleichzeitig versagen. Andererseits wird bei gleichzeitigem Ansprechen aller Bremseinheiten
jeweils eine relativ grosse maximale Gesamtbremskraft ausgeübt, welche die Entgleisungssicherheit
des Fahrzeugs ungünstig beeinflusst. Bei Bremseinrichtungen der bekannten Art ist
diese maximale Gesamtbremskraft somit mindestens gleich dem Zweifachen der eingangs
erwähnten minimalen Gesamtbremskraft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bremseinrichtung
zu schaffen, bei welcher insbesondere Störungskombinationen der erwähnten Art nicht
auftreten bzw. das sichere Anhalten des Fahrzeugs nicht verhindern können, wobei
auch bei gleichzeitigem Ausfall mehrerer-Elemente der Bremseinrichtung eine sichere
Bremsung gewährleistet werden soll, und welche zudem -- im Vergleich zu den bekannten
Bremseinrichtungen -- eine Erhöhung der Entgleisungssicherheit des Fahrzeuges ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei einer Bremseinrichtung der eingangs genannten
Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Stellorgane aller Bremseinheiten
des Fahrzeuges zueinander parallel geschaltet und mit den bzw. allen Bremssteuerorganen
der
Bremseinrichtung verbunden sind, welche Bremssteuerorgane ebenfalls
zueinander parallel geschaltet sind, und dass die Summe der durch alle Bremseinheiten
des Fahrzeugs erzeugbaren Bremskräfte kleiner ist als das Zweifache der zum Anhalten
erforderlichen minimalen Gesamtbremskraft.
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Bei der erfindungsgemässen Bremseinrichtung kommen bei jeder Anhaltebremsung
alle im Fahrzeug vorhandenen Bremseinheiten zum Einsatz, so dass eine Verschmutzung
der Bremsbeläge und/oder ein Verharzen der Betätigungseinrichtungen ohne betriebliche
Nachteile verhindert und die erzeugbare Bremskraft, die grösser ist als die für
das sichere Anhalten des Fahrzeugs erforderliche minimale Gesamtbremskraft? gleichmässig
auf alle Bremseinheiten verteilt wird. Entsprechend der -- im Vergleich zu bekannten
Anordnungen -- grösseren Anzahl der für die Erzeugung der Bremskraft verfügbaren
Bremseinheiten wird durch die erfindungsgemässe Anordnung die Sicherheit erhöht,
dass auch bei Ausfällen von mehreren Elementen der Bremseinrichtung das Fahrzeug
angehalten werden kann. Da die Bremskraftreduktion pro Ausfall mit zunehmender Anzahl
der Bremseinheiten kleiner wird, bleibt in dem normalerweise nicht benutzten Bereich
des eingangs erwähnten Sicherheitszuschlages jeweils eine grössere Bremskraft erhalten
als bei den bekannten Anordnungen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Bremseinrichtung
besteht darin, dass die Summe der Bremskräfte wesentlich kleiner sein kann als bei
den bekannten Anordnungen mit getrennten Bremseinheitengruppen, bei denen die Summe
der Bremskräfte aller Bremseinheiten immer mindestens das Zweifache der je durch
eine der Bremseinheitengruppen aufzubringenden minimalen Gesamtbremskraft beträgt.
Die erfindungsgemässe Anordnung gestattet daher einerseits die Verwendung von kleineren
bzw. geringer belasteten Bremsaggregaten als bisher, andererseits werden durch die
Verringerung der Summe der je-
weils wirksamen Bremskräfte hohe
Verzögerungen beim gleichzeitigen Ansprechen aller Bremseinheiten vermieden. Entsprechend
wird eine geringe Materialbeanspruchung erzielt; bei Zahnrad fahrzeugen wird ein
Aufsteigen der Zahnräder an der Zahnstange vermieden, so dass gegebenenfalls auf
aufwendige Konstruktionen zur Verringerung der Entgleisungsgefahr verzichtet werden
kann.
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Bei einer Bremseinrichtung mit an eine hydraulische oder pneumatische
Druckmittelquelle anschliessbaren Stellorganen kann nach einer Ausführungsform der
Erfindung eine
weitere Erhöhung der Sicherheit dadurch erzielt werden,
dass alle Stellorgane über eine einzige Anschlussleitung, welche zugleich als Speise-
und Steuerleitung dient, mit den Bremssteuerorganen verbunden sind. Entsprechend
können auch etwa bei einem Ausfall der die Bremssteuerorgane enthaltenden Steuereinrichtung
die Bremseinheiten mittels Druckabsenkung, z.B. durch einen Notbremshahn, über die
Anschlussleitung betätigt werden, so dass ein Anhalten bewirkt wird. Diese Ausführungsform
ist z.B. auch für Fahrzeugkompositionen von Vorteil, indem die Bremseinrichtung
bei Zugtrennungen automatisch wirksam wird, wobei sich weitere Steuerleitungen erübrigen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können den Stellorganen
mindestens zwei in Serie geschaltete Lösesteuerorgane vorgeschaltet sein, welche
in einer in die Anschlussleitung mündenden Druckmittel-Zuführleitung angeordnet
und je zwischen einer das Lösen der Bremse zulassenden Lösestellung und einer das
Lösen verhindernden Sperrstellung verstellbar sind. Durch diese Anordnung kann ein
ungewolltes Nachströmen von Servomedium in die Stellorgane verhindert werden, da
jeweils alle Lösesteuerorgane gleichzeitig in der Lösestellung sein müssen, um ein
Nachströmen, und damit ein Lösen der Bremse zu ermöglichen.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiels erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein mit einer erfindungsgemässen Bremseinrichtung
versehenes Zahnradtriebfahrzeug in einem Horizontalschnitt, und
Fig.
2 und 3 Einzelheiten aus der Fig. 1, je in einer grösseren Darstellung.
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Das Zahnradtriebfahrzeug nach Fig. 1 enthält einen strichpunktiert
dargestellten Fahrzeugkasten 1, der auf bekannte, nicht dargestellte Weise auf zwei
Drehgestellen 2 gefedert abgesetzt und mit diesen durch je eine in der Zeichnung
als Drehzapfen 3 dargestellte Einrichtung zum Uebertragen von Zug-, Brems- und Querkräften
beweglich verbunden ist. Die Drehgestelle 2 enthalten je zwei Rand sätze 4, deren
Achsen 5 je mit einem Zahnrad 6 und drei Bremseinheiten 7 versehen sind. Die Achsen
5 sind ferner je huber eine der besseren Uebersicht wegen nicht dargestellte getriebliche
Verbindung mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor gekoppelt.
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Die Radsätze 4 sind durch Schienen 8 geführt, zwischen denen1 insbesondere
in Streckenabschnitten mit starkem Gefälle, eine Zahnstange 10 angeordnet ist, in
welche die Zahnräder 6 eingreifen und auf welche zumindest ein Teil der Zug- und/oder
Bremskräfte übertragen wird. Die Zahnräder 6 können je nach Antriebsart auf den
Achsen 5 lose gelagert oder mit diesen jeweils fest verbunden sein; jedes Zahnrad
6 ist dreh fest mit den zugeordneten Bremseinheiten 7 verbunden.
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Die Bremseinheiten 7 enthalten je eine Bremse 11 und eine zugehörige
Betätigungseinrichtung mit einem in bekannter Weise als Federspeicher ausgebildeten
Stellorgan 12, welches gemäss Fig. 2 einen pneumatischen Zylinder 13 und einen durch
eine Druck feder 14 belasteten Kolben 15 mit einer Kolbenstange 16 aufweist. Die
Bremsen 11, welche in der Regel als Bandbremsen ausgebildet sind, sind in
der
Zeichnung vereinfacht als Backenbremsen dargestellt, welche je eine mit dem Zahnrad
6 des betreffenden Radsatzes 4 drehfest verbundene Bremstrommel 17 und eine mit
der Kolbenstange 16 verbundene Bremsbacke 18 aufweisen. Es versteht sich, dass an
Stelle der dargestellten Bremsen 11 auch solche mit zwei Klemmbacken oder beliebig
andere, z.B. Scheibenbremsen, verwendet werden können.
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Die Zylinder 13 aller Bremseinheiten 7 sind je über eine Betätigungsleitung
20 zueinander parallel an eine gemeinsame Ringleitung 21 angeschlossen, welche als
Speise-und Steuerleitung dient und welche über eine Verbindungsleitung 21a an eine
Steuereinrichtung 22 angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung 22 ist über eine Zuführleitung
23 an eine Druckmittelquelle, entsprechend der Darstellung in Fig. 1 einen Kompressor
24, und an einen Behälter (Druckspeicher) 25 für die Druckluft angeschlossen.
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Der Kompressor 24 und der Druckmittelbehälter 25 sind aus Anschaulichkeitsgründen
ausserhalb des hierfür vorgesehenen Fahrzeugbereiches dargestellt. Die Bremskraft
jeder Bremseinheit 7 wird jeweils durch die Druckfeder 14 aufgebracht. Zum Lösen
der Bremsen 11 werden jeweils in an sich bekannter Weise die Kolben 18 durch Zufuhr
des Druckmittels in die Zylinder 13 zurückgestellt.
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Die Steuereinrichtung 22 kann gemäss Fig. 3 vier in Zweigleitungen
21b der Verbindungsleitung 21a angeordnete, zueinander parallel geschaltete Bremssteuerorgane
31 sowie zwei Lösesteuerorgane 32 enthalten, welch letztere in der an die Verbindungsleitung
21a anschliessenden Druckmittel-Zuführleitung 23 in Serieschaltung angeordnet und
über die Ringleitung 21 mit den Stellorganen 12 der Bremseinheiten 7 verbunden sind.
Die über eine nicht dargestellte Schalt-
einrichtung betätigbaren
Bremssteuerorgane 31 und Lösesteuerorgane 32, deren Ausbildung nicht Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist, sind z.B. aus der CH-Patentschrift 625 752 bekannt.
Die Bremssteuerorgane 31 sind je zwischen einer die Betätigung der Bremsen 11 zulassenden
Durchflussstellung und einer die Betätigung verhindernden Sperrstellung verstellbar.
Entsprechend sind die Lösesteuerorgane 32 je zwischen einer das Lösen der Bremse
11 zulassenden Lösestellung und einer das Lösen verhindernden Sperrstellung verstellbar.
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Wie aus der Fig. 3 weiter hervorgeht, kann in der Zuführleitung 23
ein den Lösesteuerorganen 32 nachgeschalteter Notbremshahn 26 angeordnet sein, welcher
in bekannter, nicht dargestellter Weise zwischen zwei Betriebsstellungen verstellbar
ist.
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Der Notbremshahn 26 verbindet in der gezeichneten Betriebsstellung
die Zuführleitung 23 mit der Verbindungsleitung 21a und gestattet ein Lösen der
Bremsen 11. In der anderen Betriebsstellung verbindet der Notbremshahn 26 eine an
die Verbindungsleitung 21a anschliessende Zweigleitung 21c mit einem Aus last 27
und gestattet somit -- unabhängig von der jeweiligen Stellung der Bremssteuerorgane
31-eine Entleerung der Zylinder 13 und damit eine Betätigung der Bremsen 11. Weitere,
mit der Ringleitung 21 verbundene Notbremshähne können in den Führerständen oder
an beliebigen anderen geeigneten Stellen des Fahrzeuges angeordnet sein.
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Durch die erfindungsgemässe Parallelschaltung aller Bremseinheiten
7 und aller Bremssteuerorgane 31 des Fahrzeuges wird sichergestellt, dass jeweils
alle intakten Bremseinheiten 7 im Sinne einer Bremsung betätigbar sind, sofern auch
nur ein einziges intaktes Bremssteuerorgan 31
bzw. ein einziger
intakter Notbremshahn 26 zur Verfügung steht. Entsprechend wir durch die erfindungsgemässe
Anordnung einerseits eine höhere Bremssicherheit des Fahrzeuges erzielt als bei
bisherigen Anordnungen mit getrennten Bremssystemen, andererseits kann -- bei einer
gegebenen Anzahl von Bremseinheiten 7 -- auch durch Bremsen 10, welche im Vergleich
zu bisherigen Ausführungen für kleinere Bremskräfte ausgelegt sind, eine sichere
Bremsung des Fahrzeuges gewährleistet werden.
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Wird z.B.bei der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen
Bremseinrichtung vorgegeben, dass neun beliebige Bremseinheiten 7 der vorhandenen
zwölf Bremseinheiten 7 die zum sicheren Anhalten des Fahrzeuges erforderliche minimale
Gesamtbremskraft aufzubringen haben, so sind dementsprechend die Bremseinheiten
für Bremskräfte auszulegen, deren Summe lediglich um den Faktor f = 1,33 grösser
ist als die geforderte minimale Gesamtbmskraft.
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Demgegenüber sind bei bisherigen Ausführungen/voneinander vollständig
getrennten Bremseinheitengruppen alle Bremseinheiten für Bremskräfte auszulegen,
deren Summe immer mindestens das Zweifache der minimalen Gesamtbremskraft beträgt.
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Wenn bei den bisherigen Ausführungen alle Bremseinheiten intakt sind,
wird somit bei gleichzeitiger Betätigung der beiden voneinander getrennten Bremseinheitengruppen
jeweils mindestens das Zweifache der minimalen Gesamtbremskraft wirksam. Derartige,
insbesondere für Zahnradfahrzeuge gefährliche "Doppelbremsungen" werden durch die
erfindungsgemässe Bremseinrichtung vermieden, bei welcher die Summe der bei gleichzeitiger
Betätigung aller vorhandenen Bremseinheiten wirksamen Bremskräfte -- bei zumindest
gleich hoher Bremssicherheit des Fahrzeuges --
wesentlich kleiner
sein kann als das Zweifache der minimalen Gesamtbremskraft.
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Die aus der erfindungsgemässen Anordnung sich ergebenden, relativ
kleinen Bremskräfte gestatten eine gtinstige thermische Auslegung der Bremseinheiten
7, so dass das Fahrzeug im normalerweise nicht benutzten Bereich des in der minimalen
Gesamtbremskraft enthaltenen Sicherheitszuschlages auch dann noch angehalten werden
kann, wenn diese für die Dimensionierung massgebende, zum sicheren Anhalten erforderliche
minimale Gesamtbremskraft durch weitere Ausfälle von Bremseinheiten 7 unterschritten
werden sollte. Entsprechend der bei der erfindungsgemässen Anordnung möglichen Aufteilung
der erzeugbaren Bremskraft auf die dargestellten zwölf oder eine grössere Anzahl
Bremseinheiten 7 ist jeweils zugleich auch die Bremskraftreduktion pro Ausfall einer
Bremseinheit geringer als bei den aus der Praxis bekannten Anordnungen.
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Die Parallelschaltung aller Bremseinheiten 7 mit allen Bremssteuerorganen
31 verhindert ohne Zusatzeinrichtung jene Bremsausfälle, die bei den bekannten Bremseinrichtungen
mit getrennten Bremssystemen auftreten können, wenn z.B. die Steuereinrichtungen
des einen und die Bremseinheiten des anderen Systems gleicheitig ausfallen.
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Die Bremssteuerorgane 31 sind zweckmässig so dimensioniert, dass jeweils
ein einziges intaktes Bremssteuerorgan einen sofortigen Abfluss des Druckmittels
aus allen Bremszylindern und damit ein sicheres Anhalten gewährleistet. Gemäss Fig.
3 kann bei Versagen der Bremssteuerorgane 31 die Ringleitung 21 durch Betätigung
des Notbremshahns 26 entleert und dadurch eine Bremsung eingeleitet werden, wobei
zusätzlich ein Nachströmen des Servome-
diums aus der Zuführleitung
23 verhindert wird.
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Die erfindungsgemässe Bremseinrichtung ist auch für andere, auf Strecken
mit grossem Gefälle betriebene Fahrzeuge, wie z.B. Standseilbahnen, Seilbahnen,
Grubenfahrzeuge, oder entsprechende Transporteinrichtungen geeignet, welche ähnlichen
Anforderungen an die Ausführung der Bremseinrichtung, insbesondere hinsichtlich
des geforderten sicheren Anhaltens des Fahrzeuges, genügen müssen. Ferner ist die
erfindungsgemässe Ausbildung der Bremseinrichtung auch für eine Ausführung verwendbar,
welche anstelle der beschriebenen passiven Betätigungsvorrichtung eine entsprechende
aktive Vorrichtung enthält, bei der eine Füllung der Bremszylinder jeweils eine
Bremsung und eine Entleerung der Bremszylinder ein Lösen der Bremse bewirkt. Ebenso
ist anstelle der beschriebenen pneumatischen Betätigungs- und Steueranordnung auch
eine entsprechende hydraulische oder elektrische Anordnung anwendbar.
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