DE4035045A1 - Elektromotorische bremsbetaetigungsvorrichtung fuer schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Bremsbetä­ tigungsvorrichtung, die gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in der AT-3 89 279 B beschrieben ist.

Die bekannte Bremsbetätigungsvorrichtung arbeitet vor­ teilhaft ohne eine gesonderte mechanische Nachstellvorrich­ tung.

Auf der vorbeschriebenen bekannten Bremsbetätigungsvor­ richtung basiert eine andere, durch die DE-37 09 952 C1 vor­ bekannte Bremsbetätigungsvorrichtung, die sich dadurch aus­ zeichnet, daß ein Dehnungsmeßstreifen, der direkt in den vom Federspeicher abgegebenen Bremskraftfluß des Bremsgerätes in­ tegriert ist, als ein Brückenzweig einer Wheatstoneschen Brücke zur Erfassung der abgegebenen Bremskraft verwendet wird.

Die Steuerung der Bremskraft auf den jeweilig gewünsch­ ten Bremskraftwert erfolgt gemäß der DE-37 09 952 C1 durch einen veränderlichen zweiten Widerstand in der Wheat­ stoneschen Brücke, der von einem durch Infrarotlicht gesteu­ erten Feldeffekttransistor gebildet ist, dessen Ausgangsklem­ men einem Festwiderstand parallel geschaltet sind und dessen Infrarotlichtquelle als Veränderungskommando des Widerstandes einen variablen Strom konstanter Spannung erhält.

Bei der Verwirklichung und Erprobung jener bekannten elektromotorischen Bremsbetätigungsvorrichtung hat sich her­ ausgestellt, daß die Störungsanfälligkeit der Bremskraft­ werterfassung durch Streuströme nicht unerheblich ist und be­ sondere Abschirmungsmaßnahmen erfordert. Verständlich wird dies durch die Tatsache, daß die Widerstandsänderungen in den Dehnungsmeßstreifen als Maß für die Bremskraftveränderung sehr gering sind und daher verstärkt werden müssen. Gleich­ zeitig hat sich herausgestellt, daß auch die Steuerung durch den Feldeffekttransistor temperatur- und störspannungs­ empfindlich ist. Zudem ist die in der Wheatstoneschen Brücke für den Null-Abgleich zu überwachende Widerstandsänderung sehr gering und erfordert daher empfindliche Nullspannungs­ verstärker, die den Null-Abgleich feststellen.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine auf der eingangs beschriebenen bekannten Bremsbetäti­ gungsvorrichtung (AT-3 89 279 B) basierende störungssichere und präzise arbeitende Weiterentwicklung zu schaffen.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß entsprechend dem Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung hat die erwähnten Nachteile vermieden, in­ dem statt der Dehnungsmeßstreifen der Weg einer mechanischen Federung benutzt wird. Als mechanische Federung kommen bei­ spielsweise Tellerfedern als Maß für die Kräfte in Frage, die durch die Tellerfedern auf das Bremsgestänge übertragen wer­ den.

In der Praxis ist es ohne Schwierigkeiten möglich, einen Tellerfederweg im zulässigen Elastizitätsbereich von minde­ stens 1,5 mm zu erreichen. Nach dem Erfindungsgedanken soll dieser 1,5 mm messende Federweg durch eine Hebelübersetzung 1 : 10 auf 15 mm vergrößert werden. Der Hebelweg von 15 mm wirkt auf einen wegabhängig veränderlichen Widerstand, so daß über diesen Federweg eine beliebig große Widerstandsänderung erzeugt werden kann. Es ist möglich, Widerstandsänderungen von 0-1000 Ohm aber auch von 0-10 000 Ohm oder mehr dar­ zustellen.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal soll nun der zweite veränderliche Widerstand in der Wheatstoneschen Brücke ebenfalls die gleich hohen Werte aufweisen, wie sie über die Tellerfedern an dem wegveränderlichen Widerstand er­ zeugt werden.

Es ist einleuchtend, daß durch diese mit der Erfindung geschaffenen hohen Widerstandsänderungen der Brückenabgleich sehr viel störungsunabhängiger ist, so daß empfindliche Ver­ stärkungsgeräte nicht mehr notwendig sind.

Nachdem die Federwegkennlinie der Tellerfeder einmal festgelegt und bekannt ist, kann über diesen Weg der Wider­ standswert äquivalent zur abgegebenen Kraft ermittelt werden und der zweite veränderliche Widerstand kann, umgerechnet in Bremskraft, geeicht bzw. abgeglichen zur Steuerung benutzt werden.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel entsprechend der Erfindung dargestellt, es zeigen,

Fig. 1 eine mehr schematische Darstellung einer elektromotorischen Bremsbetätigungsvor­ richtung, deren Federspreicherbremsgerät im axialen Längsschnitt dargestellt ist und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines De­ tails, etwa entsprechend dem in Fig. 1 mit der Ziffer II gekennzeichneten Pfeil.

Mit der Bezugsziffer 10 ist ein Elektromotor bezeichnet, z. B. ein Gleichstrom-Hauptschlußmotor von 24 Volt Betriebs­ spannung. Der Elektromotor 10 wird hier als elektrischer Auf­ zugsmotor bezeichnet. Die Welle 11 des Motors 10 ist mit ei­ ner Gewindespindel 12 drehverbunden.

Die drehbare Gewindespindel 12 ist gegen Axialbewegung gesichert und trägt eine Kugelumlaufmutter 14, welche kraft- und formschlüssig in einem Federteller 15 untergebracht ist.

Der äußere Rand des Federtellers 15 ist über eine Tel­ lerfeder 13 mit dem inneren Ende 47 des Schubzugrohres 16 kraftschlüssig - insbesondere druckfest - verbunden, wobei die Tellerfeder 13 an dem verstärkten Ende 47 des Schubzug­ rohres 16 geführt wird.

Das Schubzugrohr 16 wird durch eine Speicherfeder 23 aus dem Gehäuse 24 in Richtung P nach außen gedrückt. Der elek­ trische Aufzugsmotor 10 hingegen wird über eine Einspeisung bei E1 und E2 mit elektrischer Leistung in Spannrichtung y des insgesamt mit 25 bezeichneten Federspeichers beaufschlagt und drückt hierbei die Speicherfeder 23 über den Gewindetrieb 12, 14 zusammen und zieht dabei das Schubzugrohr 16 in das Ge­ häuse 24 zurück.

Das äußere Ende des Schubzugrohres 16 ist mit einem Auge 17 versehen, das seinerseits mit einem nur schematisch im Verhältnis verkleinert dargestellten Bremsgestänge 18 bewe­ gungsverbunden ist.

Die Bremsbacken 19 mit Bremsbelägen 20 wirken auf eine ebenfalls nur schematisch dargestellten Bremsscheibe 21 auf einer Achse 22.

Mit dem inneren erweiterten Ende 47 des Schubzugrohres 16 ist ein mit Außengewinde versehener Gleitring 45 bei 48 verschraubt. Die kreiszylindrische Innenmantelfläche 49 des Gleitringes 45 bildet gemeinsam mit der kreiszylindrischen Außenmantelfläche 50 der Kugelumlaufmutter 14 eine axiale Gleitführung über einen maximalen Federweg s der Tellerfeder 13. Die relative axiale Gleitbewegung zwischen den Flächen 49, 50 über den maximalen Federweg s wird durch Anschläge be­ grenzt.

Um die Tellerfeder 13 gegen Überdehnung zu schützen, ist der Zwischenraum zwischen dem Federteller 15 und dem inneren Ende 47 des Schubzugrohres 16 vermittels der Anschläge 54 (Unterfläche des Federtellers 15) und 53 (obere Stirnfläche des inneren Endes 47) als Hubbegrenzung ausgebildet.

Der am unteren Ende der Kugelgewindemutter 14 angesetzte Flansch 52 dient dazu, das Schubzugrohr 16 bei der Einwärts­ bewegung in Richtung y über den mit einem Außengewinde 48 in das innere Ende 47 des Schubzugrohres 16 eingeschraubten Gleitring 45 mitzuschleppen. Hierbei kann sich der Flansch 52 gegen die untere Stirnfläche 51 des Gleitringes 45 legen.

Der durch die Tellerfeder 13 bei Kraftbeaufschlagung entstehende Federweg wird über einen axial beweglichen Stift 40 auf einen Hebelarm 41 übertragen. Die Lagerung des Hebel­ armes 41 steht über eine als Druckfeder 42 ausgebildete Feder ständig unter einem Druck, der sicherstellt, daß ein Lager­ spiel bei der Bewegung des Stiftes 40 nicht wirksam werden kann.

Der Hebel 41 wirkt seinerseits auf den Stößel 43, der einen veränderlichen Widerstand 90b in einem Gehäuse 44 betä­ tigt. Da der Hebelarm 41 einen kleinen Kreisbogen beschreibt, ist sein Ende, das auf den Stößel 43 drückt, bei 55 kugelig ausgebildet, so daß keine wesentlichen seitlichen Kräfte bei dem geringen Federdruck der Feder 43 wirksam werden können. Die Lagerung des Hebelarmes 41 und das Gehäuse 44 sind auf einer gemeinsamen Halteplatte 46 befestigt, die ihrerseits mit dem Schubzugrohr 16, zweckmäßig mit dessen innerem Ende 47, starr bewegungsverbunden ist.

Der im Verhältnis 1 : 10 über den Hebel 41 übertragene Fe­ derweg verändert den Widerstand 90b gleichsinnig mit dem durchlaufenen Federweg.

Das Zusammenspiel der einzelnen Teile in den Fig. 1 und 2 sei im folgenden erläutert:
Bei gleichgroßen Brückenwiderständen 90a + 90b ist die Wheatstonesche Brücke mit den beiden gleich großen Festwider­ ständen 100 abgeglichen. An den Klemmen K1 und K2 herrscht die Spannung O. Dieser Zustand ist der normale Zustand, bei­ spielsweise bei einem stehenden Fahrzeug oder einem mit un­ veränderlicher Geschwindigkeit sich bewegenden Fahrzeug. Hierbei ist es gleichgültig, ob eine Bremskraft wirkt oder nicht. Es muß nur die Bremskraft gleich bleiben.

Wird durch Änderung des Widerstandes 90a als Befehlsge­ ber die Bremskraft verändert, dann gibt es zwei Möglichkei­ ten: entweder soll die Bremskraft erhöht werden oder es soll die Bremskraft verrringert werden. Der veränderliche Wider­ stand 90b ist so geschaltet, daß mit in Richtung P herausfah­ rendem Schubzugrohr 16 sich auch sein Widerstand vergrößert. Wenn nunmehr der Widerstand 90a willkürlich vergrößert wird, um die Bremskraft zu erhöhen, dann wird durch die Änderung und Vergrößerung des Widerstandes 90a die Klemmenspannung K2 positiv gegenüber K1.

Die zwischen K2 und K1 entstandene Brückenspannung mit positiver Klemme K2 bewirkt über das Schaltgerät 36, daß die Klemmen E3, E4 der Haltebremse 26 Spannung bekommen und die Haltebremse sich löst.

Dadurch wird die Speicherfeder 23 frei und drückt über die sich frei drehende Kugelgewindespindel 12 das Schubzug­ rohr 16 auswärts in Richtung P und vergrößert damit den Bremsdruck. Der sich vergrößernde Bremsdruck hat bei der Tel­ lerfeder 13 ebenfalls einen Federweg zur Folge, der im Ver­ hältnis 1 : 10 auf den Widerstand 90b wirkt und ihn so lange vergrößert, bis die Widerstände 90a und 90b gleich sind und die Brücke wieder abgeglichen ist. Die Spannung an den Klem­ men K1, K2 verschwindet, und die Elektromagnetbremse 26 er­ hält über die Klemmen E3, E4 Spannung. Damit ist der erhöhte Bremsdruck fixiert.

Soll in einem anderen Falle der Bremsdruck verringert werden, dann wird der Widerstand 90a verringert und damit er­ gibt sich an den Klemmen K1, K2 eine anders gepolte Spannung als im vorhergehenden Beispiel. K2 wird negativ. Dies hat zur Folge, daß das Schaltgerät 36 zunächst wieder die Elektroma­ gnetbremse 26 öffnet, indem die Spannung an den Klemmen E3, E4 abgeschaltet wird. Gleichzeitig erhält jedoch jetzt der Elektromotor 10 über die Klemmen E1, E2 aus dem Schaltgerät 36 eine Versorgungsspannung, die den Motor in Aufzugsrichtung y bewegt und damit die Speicherfeder 23 zusammenpreßt, was einen verminderten Bremsdruck zur Folge hat.

Diese Verminderung geschieht auch über den Hebel 41 und den Widerstand 90b so lange, bis die beiden Widerstände 90a und 90b die gleichen Werte haben. Dann ist an den Klemmen K1, K2 die Brückenspannung 0. Dadurch wird der Motor 10 an den Klemmen E1, E2 spannungslos und die Bremse 26 erhält an den Klemmen E3, E4 über das Schaltgerät 36 wieder Spannung und der verringerte Bremsdruck ist fixiert.

Es sei noch erwähnt, daß die beiden parallel zu den ver­ änderlichen Widerständen 90a und 90b angeordneten hochohmigen Anzeigeinstrumente 56, 57 mit analoger oder mit digitaler An­ zeige (z. B. mit Leuchtziffern-Anzeige) versehen sein können.

Immer wenn die Brücke abgeglichen ist, müssen die beiden Anzeigeinstrumente 56, 57 den gleichen Wert anzeigen. Dies ist ein Kennzeichen dafür, daß der Bremsvorgang ordnungsgemäß abläuft und die eingestellte Bremskraft auch erreicht ist.

Wenn nach geraumer Betriebszeit die Bremsbeläge 20 der Bremsbacken 19 verschlissen sind, dann wird der Abgleich der beiden Instrumente 56, 57 nicht mehr möglich sein, weil durch den Verschleiß die Bremskraft nicht mehr ausreicht. Dies ist das Alarmzeichen für das notwendige Auswechseln der Bremsbe­ läge.

Ein besonderer Vorteil dieser soeben beschriebenen Bremssteuerung liegt darin, daß die sonst notwendigen zusätz­ lichen Endschalter, die die Stellung des aufgezogenen Feder­ speichers markieren, nicht mehr notwendig sind.

In zweckmäßiger Weise kann der Stillsetzvorgang des Auf­ zugsmotors 10 nach vollständig geöffneter Bremse über den Wi­ derstand 90a = 0 Ohm durch ein Zeitglied verzögert werden, so daß zwischen den Bremsbacken 19 und der Bremsscheibe 20 ein Luftspalt entsteht, wodurch ein überflüssiges Gleiten der ge­ lösten Bremsbacken 19 an der Bremsscheibe 20 verhindert wird.

Claims (5)

1. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung für eine einen Federspeicher, ein Bremsgestänge sowie Bremsbacken aufweisende Bremsmechanik, insbesondere für Schienenfahr­ zeuge, mit einem regelbaren Elektro-Aufzugsmotor für den bei offener Bremse gespannten und sich beim Bremshub entspannen­ den Federspeicher, wobei die von einem Federspeicher-Schub­ zugrohr über ein Auge abgegebene Federspeicherkraft die Bremse mittelbar über das Bremsgestänge beaufschlagt und wo­ bei eine den Elektro-Aufzugsmotor in Federspeicher-Spannrich­ tung beaufschlagende Einspeisung vorgesehen ist, mittels de­ rer die abgegebene Federspeicherkraft veränderbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem vom Federspeicher (25) aus­ gehenden Bremskraftfluß eine mechanische Federung (13) zwi­ schen dem Federspeicherteller (15) und dem inneren Ende (47) des Schubzugrohres (16) angebracht ist, wobei ferner der Fe­ derweg (bei s) der Federung (13) durch eine mechanische Über­ setzung (41) vergrößert und auf einen veränderbaren Wider­ stand (90b) übertragen wird und wobei eine Überlastung der Federung (13) durch feste Anschläge (53, 54) begrenzt wird.

2. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Über­ setzung aus einer Hebelübersetzung (41) besteht, deren Lager­ spiel durch eine Federkraft (42) unwirksam gemacht wird.

3. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderliche Widerstand (90b) hochohmig und ein verän­ derlicher Brückenzweig einer Wheatstoneschen Brücke ist, die aus zwei gleich großen Widerständen (100) und einem weiteren veränderlichen Widerstand (90a) besteht, der ebenfalls die gleichen veränderbaren Widerstandswerte wie der Widerstand (90b) aufweist.

4. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brückennullabgleich den Ruhezustand von Elektro-Auf­ zugsmotor (10) und Haltebremse (26) bewirkt, wobei der Elek­ tro-Aufzugsmotor (10) spannungslos ist und wobei die Halte­ bremse (26) unter Spannung steht und so eine Drehung des Elektro-Aufzugsmotors verhindert.

5. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei gestörtem Brückengleichgewicht und positiver Spannung an einer Klemme (K2) über ein Schaltgerät (36) nur die Haltebremse (26) span­ nungslos geschaltet wird und der Elektro-Aufzugsmotor (10) stromlos bleibt und daß bei negativer Spannung an der Klemme (K2) gleichzeitig mit der Spannungslosschaltung der elektro­ magnetischen Haltebremse (26) der Elektro-Aufzugsmotor (10) eingeschaltet wird, so daß die Speicherfeder (23) zusammenge­ drückt wird.