DE69103725T2

DE69103725T2 - Bremsanlage für Schienenfahrzeuge.

Info

Publication number: DE69103725T2
Application number: DE69103725T
Authority: DE
Inventors: Alain Devallez; Jean-Luc Guiot
Original assignee: GEC Alsthom SA
Current assignee: Alstom Holdings SA
Priority date: 1990-10-30
Filing date: 1991-10-28
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2011-10-29
Also published as: DE69103725D1; US5215168A; FR2668440A1; ES2060272T3; JPH04292259A; EP0483719A1; FR2668440B1; EP0483719B1; CA2054472A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem für Schienenfahrzeuge, deren Drehgestelle feste Radachsen und unabhängige Räder haben.
Derzeit wird versucht, die Hochgeschwindigkeitszüge immer schneller fahren zu lassen. So will man Reisegeschwindigkeiten in der Größenordnung von 400 km/h erreichen. Dabei stellt sich sofort das Problem des Abbremsens eines Zuges aus solchen Geschwindigkeiten wegen der großen abzuführenden Energie und wegen der geringen Haftung zwischen den Rädern des Zugs und den Gleisen.
Bei den derzeit in Betrieb befindlichen Hochgeschwindigkeitszügen kombiniert man im allgemeinen mehrere Bremsmittel. Für die Zugeinheit des TGV (train grande vitesse - Hochgeschwindigkeitszug), der Geschwindigkeiten von etwa 270 km/h erreicht, sind zum Beispiel drei Bremsmittel vorgesehen:
- erstens eine Widerstandsbremse (Strombremse), die auf den Motorachsen montiert ist, und eine Scheibenbremse, die auf die Tragachsen montiert ist, wobei diese Bremsen gemeinsam verwendet werden, um den Zug von der Höchstgeschwindigkeit bis zum Anhalten zu bringen;
- weiterhin ein Bremssystem mit Bremsklötzen an den Rädern auf den Motordrehgestellen, wobei diese Bremse unterhalb von 160 km/h verwendet wird.
Dieses Bremssystem ist wirksam bei Zügen, die mit den angegebenen Geschwindigkeiten fahren. Es ist jedoch völlig unwirksam, wenn man es auf Züge anwenden will, die mit wesentlich höheren Geschwindigkeiten fahren sollen (etwa 400 km/h), da nur die Reibungsbremse das Anhalten der Zugeinheit bewirken kann.
Andererseits ist auf dem Gebiet der Luftfahrt und der Formel-1-Rennwagen ein Bremssystem der Art Kohlenstoff-Mehrfachscheibenbremse bekannt, das bei diesen Fahrzeugen eine wirksame Bremsung ermöglicht. Diese Art Bremse besitzt eine sehr große Energiekapazität.
Die Anpassung eines Mehrscheibenbremsen-Bremssystems auf einen Zug, der mit sehr hoher Geschwindigkeit fahren soll, ist jedoch aus verschiedenen Gründen nicht einfach.
Bei sehr großer Geschwindigkeit müssen unbedingt Drehgestelle großer Stabilität, d.h. mit unabhängigen Rädern verwendet werden. Da die Achsen fest sind, erfolgt die Bremsung direkt auf den Rädern oder auf an den Rädern befestigten Organen. Hier stellt sich jedoch das Problem der Wärmeabfuhr nach einer Bremsung. Es muß nämlich vermieden werden, daß die von der Bremsung in der Nähe der Radnaben erzeugte Wärme sich den Radlagern mitteilt. Diese bestehen im allgemeinen aus konischen Rollen, die wärmeempfindlich sind. Eine zu große Wärmeabgabe könnte das Rad auf seiner Achse einklemmen.
Mehrscheibenbremsen sind vorteilhafterweise aus Gründen der besseren Wirksamkeit vom Kohlenstoff-Kohlenstoff-Typ. Es ist bekannt, daß Kohlenstoffbremsen eine maximale Wirksamkeit in einem Temperaturbereich zwischen etwa 300 und 600ºC aufweisen. Es müßte also erreicht werden, daß während eines Bremsvorgangs die Temperatur der Kohlenstoffscheiben schnell einen Wert entsprechend dem wirksamsten Betrieb erreicht, aber auch, daß diese Temperatur nicht den Bereich der größten Wirksamkeit überschreitet.
Die Bremsscheiben müssen also schnell auf eine relativ hohe Temperatur gebracht werden können und zugleich muß eine übergroße Erwärmung der in der Nähe liegenden Radlager vermieden werden.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Forderungen zu erfüllen. Das erfindungsgemäße Bremssystem besteht aus mehreren Elementen, die so angeordnet sind, daß sie eine Wärmesenke für die Bremsscheiben bilden. Ein Kühlkreis ist vorgesehen, um das Milieu abzukühlen, in dem sich die Lager befinden und um die zu große Erhitzung der Bremsscheiben zu vermeiden.
Die Erfindung hat also ein Bremssystem für Schienenfahrzeuge zum Gegenstand, dessen Drehgestelle feste Radachsen und unabhängige Räder aufweisen, wobei die Bremse eine Scheibenbremse ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bremse Mehrfachscheiben aufweist, die mit dem zu bremsenden Rad verbundene drehende Scheiben und mit der das zu bremsende Rad tragenden Radachse fest verbundene nicht drehende Scheiben enthalten, wobei die Bremsung durch Anlegen der nicht drehenden Scheiben an die drehenden Scheiben erhalten wird, daß das System weiter einen Kühlkreis aufweist, der es erlaubt, die beim Bremsen erzeugte Wärmeenergie abzuführen, wobei die Abkühlung durch erzwungene Zirkulation eines Fluids im Kühlkreis erhalten wird.
Vorteilhafterweise können die drehenden Scheiben mittels eines auf dem Rad befestigten zylindrischen Trägers fest mit dem Rad verbunden sein, wobei die Achse des Rads und die des Trägers der drehenden Scheiben zusammenfallen.
Entsprechend können die festen Scheiben über einen auf der Radachse befestigten zylindrischen Träger mit der Radachse verbunden werden, wobei die Achse der Radachse und die des Trägers der festen Scheiben zusammenfallen.
Die Erfindung und andere Vorteile gehen aus der nachfolgenden nicht einschränkend zu verstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor.
Figur 1 ist eine allgemeine Schnittansicht einer halben Radachse, deren Rad mit einem erfindungsgemäßen Bremssystems ausgestattet ist.
Die Figuren 2 und 3 sind Teilansichten von Elementen des erfindungsgemäßen Bremssystems.
In Figur 1 ist eine Hälfte einer Radachse 1 dargestellt, auf die ein Rad 2 über einen angesetzten Achsschenkel 3 aufgesetzt ist. Die Radachse trägt ein nicht dargestelltes Drehgestell über Primäraufhängungen. Eine solche Primäraufhängung ist mit dem Bezugszeichen 4 versehen. Das Rad liegt wie üblich an der Schulter an, die vom Ende der Radachse gebildet wird. Es kann frei um den Achsschenkel 3 drehen aufgrund von Lagern, die von konischen Rollen 5 gebildet werden.
Der Achsschenkel 6 verlängert sich über eine gewisse Länge über das Rad hinaus in einem vorstehenden Bereich 6. Das erfindungsgemäße Bremssystem ist in diesem Ausführungsbeispiel um diesen vorstehenden Bereich herum ausgebildet.
Erfindungsgemäß enthält die Bremse eine Vielzahl von Scheiben, die mit dem zu bremsenden Rad verbundene drehende Scheiben 7 und mit der Radachse 1 verbundene nicht drehende Scheiben 8 aufweisen.
Die drehenden Scheiben 7 werden durch einen am Rad befestigtes drehendes Teil fest mit dem Rad verbunden. Die nicht drehenden Scheiben 8 werden mit der Radachse über ein nicht drehendes Teil fest verbunden, der mit der Radachse verbunden ist.
In Figur 1 besteht das drehende Teil aus einem zylindrischen Träger 9, der durch Schrauben am zentralen und äußeren Bereich 2 des Rads befestigt ist, wobei die Achsen des zylindrischen Trägers und des Rads zusammenfallen, Die drehenden Scheiben 7 sind im Inneren des zylindrischen Trägers 9 angeordnet.
Das nicht drehende Teil besteht ebenfalls aus einem zylindrischen Träger 10, dessen Achse mit der des Achsschenkels 6 zusammenfällt. Die nicht drehenden Scheiben 8 sind am äußeren Umfang des zylindrischen Trägers 10 angeordnet. Dieser Träger wird um ein Endstück verlängert oder ist an einem Endstück 11 befestigt, wie dies in Figur 1 gezeigt ist. Die Befestigung zwischen dem Träger 10 und dem Endstück 11 kann durch Schrauben erfolgen, ebenso wie die Befestigung des Endstücks 11 auf dem Ende des Achsschenkels 6.
Der zylindrische Träger 10 weist auch einen inneren Flansch 12 in Form eines Kranzes auf. Dieser Flansch gleitet genau auf dem Achsschenkel 6, was eine korrekte Positionierung des Trägers 10 bewirkt.
In Figur 2 ist eine Ansicht des zylindrischen Trägers 9 gemäß einem Schnitt AA dargestellt. Der Träger weist Rillen 13 auf, die in Längsrichtung in seine Innenwand eingeschnitten sind. Die drehenden Scheiben 7 enthalten Nocken 14, die den Rillen 13 entsprechen und am Außenumfang der Scheiben 7 angebracht sind. Wie Figur 2 zeigt, werden die Scheiben 7 vom Träger 9 in Drehung versetzt.
In Figur 3 ist eine Ansicht des zylindrischen Trägers 10 gemäß dem gleichen Schnitt AA dargestellt. Der Träger enthält Rillen 15, die in Längsrichtung in seine Außenwand eingeschnitten sind. Die festen Scheiben 8 enthalten Nocken 16, die den Rillen 15 entsprechen und sich am Innenumfang der Scheiben 8 befinden. Wie Figur 3 zeigt, werden die Scheiben 8 vom Träger 10 am Drehen gehindert.
Der zylindrische Träger 10 endet auf der Radseite in einem ringförmigen Anschlag 17. Der Zusammenbau der Scheiben geschieht wie folgt. Zuerst befestigt man auf dem Anschlag 17 eine erst nicht drehende Scheibe, zum Beispiel mithilfe von Schrauben, Der Träger 10 wird in Bezug auf den Träger 9 in der in Figur 1 gezeigten Stellung angeordnet. Man schiebt die erste drehende Scheibe (die sich dem Rad am nächsten befinden soll) in ihren Träger und läßt sie bis zum Boden gleiten, d.h. bis zur ersten nicht drehenden Scheibe. Man schiebt anschließend die zweite nicht drehende Scheibe auf ihren Träger und man läßt sie bis zur ersten drehenden Scheibe gleiten. Man fährt derart fort, indem man drehende Scheibe und nicht drehende Scheibe abwechselnd einführt.
Um die Bremswirkung durch Anlegen von nicht drehenden Scheiben an die drehenden Scheiben ausüben zu können, ist eine gewisse Anzahl von Betätigungsorganen vorgesehen. In Figur 1 sind zwei dieser Betätigungsorgane 30 dargestellt. Sie enthalten Töpfe 18, die am Endstück 11 befestigt sind, und Kolben 19, die ausgehend von diesen Töpfen in bekannter Weise betätigt werden können.
Die Scheiben sind derart angeordnet, daß ein minimales Spiel zwischen den Scheiben vorhanden ist, wenn der Zug rollt, ohne daß das Bremssystem betätigt wird. Beim Anfahren des Zugs lösen sich die drehenden Scheiben, die ganz leicht durchgebogen sind, von den festen Scheiben. Beim Bremsen drückt die erste von den Kolben gestoßene Scheibe nachfolgenden weiter. Die Bremskraft wird so durch den gleichzeitigen Druck auf die verschiedenen nicht drehenden und drehenden Scheiben erhalten.
Wenn die Bremsung nicht benutzt wird, existiert zwischen den Kolben der Betätigungsorgane und der ihnen gegenüberliegenden Scheibe ein Spiel, das der Summe der Abstände zwischen den Scheiben entspricht.
Die Anzahl der Scheiben und Betätigungsorgane hängt ab von der erwünschten Bremskraft. Zum Beispiel kann für das Bremsen eines mit 400 km/h fahrenden Zugs jede Bremse 5 oder 6 Paare von Scheiben und etwa 12 gleichmäßig verteilte Betätigungsorgane mit Hubkolben aufweisen. Die Bremskraft hängt ab von der Anzahl der Betätigungsorgane.
Der Kühlkreis kann vorteilhafterweise wie in Figur 1 gezeigt aufgebaut sein. Dieser Kühlkreis besteht dann aus dem axialen Kanal 20, das im Körper der Radachse 1 eingearbeitet ist und wird vom axialen Kanal 21 verlängert, das im Achsschenkel 3 der Radachse ausgeführt ist. Der Kreis weist noch eine Einlaßöffnung 22 für das Kühlfluid auf, die in der Radachse vorgesehen ist, und eine Auslaßöffnung 23 für das Fluid, die im Achsschenkel 3 angebracht ist. Abführöffnungen 24, 25 für das Kühlfluid nach außen sind in den zylindrischen Trägern 9 und 10 vorgesehen. Der Flansch 12 kann auch Löcher 26 aufweisen, die die Zirkulation des Fluids erleichtern.
Das Kühlfluid kann also gemäß dem in Figur 1 mit Pfeilen gekennzeichneten Kreis fließen. Die Lager werden also in bestmöglicher Art gekühlt über den Achsschenkel einerseits und über die Nabe des Rads andererseits.
Die Anordnung der Scheiben in dem zwischen den beiden zylindrischen Trägern vorhandenen Raum und ihre relative Ferne von der Zufuhr des Kühlfluids trägt dazu bei, eine Wärmesenke für die Scheiben zu bilden, was es erlaubt, eine mittlere Temperatur beizubehalten, die eine wirksame Bremsung erlaubt, wenn die festen Scheiben auf die drehenden Scheiben aufgelegt sind.
Das Kühlfluid kann vorteilhafterweise Luft sein, die man unter Druck im Kühlkreis zirkulieren läßt. Man kann dann Druckluft verwenden, die von einem Kompressor geliefert wird, der für andere Funktionen verwendet wird.
Das Inbetriebsetzen des Kühlkreises kann automatisch bei der Bremsung erfolgen.

Claims

1. Bremssystem für ein Schienenfahrzeug, dessen Drehgestelle feste Radachsen und unabhängige Räder aufweisen, wobei die Bremse eine Scheibenbremse ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bremse Mehrfachscheiben aufweist, die mit dem zu bremsenden Rad (2) verbundene drehende Scheiben (7) und mit der das zu bremsende Rad tragenden Radachse (1) verbundene nicht drehende Scheiben (8) enthalten, wobei die Bremsung durch Anlegen der festen Scheiben an die drehenden Scheiben erhalten wird, daß das System weiter einen Kühlkreis aufweist, der es erlaubt, die beim Bremsen erzeugte Wärmeenergie abzuführen, wobei die Abkühlung durch erzwungene Zirkulation eines Fluids im Kühlkreis erhalten wird.

2. Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehenden Scheiben (7) über einen auf dem Rad befestigten zylindrischen Träger (9) mit dem Rad (2) verbunden werden, wobei die Achse des Rads und die des Trägers der drehenden Scheiben zusammenfallen.

3. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht drehenden Scheiben (8) über einen an der Radachse befestigten zylindrischen Träger (10) mit der Radachse (1) verbunden werden, wobei die Achse der Radachse und die des Trägers der nicht drehenden Scheiben zusammenfallen.

4. Bremssystem nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10) der nicht drehenden Scheiben im Inneren des Trägers der drehenden Scheiben (9) angeordnet ist, wobei die Scheiben (7, 8) sich im Raum zwischen den beiden Trägern befinden.

5. Bremssystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Radachse (1) einen angesetzten Achsschenkel (3) enthält und der Träger (10) der festen Scheiben (8) auf dem angesetzten Achsschenkel (3) befestigt ist.

6. Bremssystem nach einem beliebigen der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10) der nicht drehenden Scheiben (8) weiter Betätigungsorgane (30) trägt, die das Anlegen der nicht drehenden Scheiben (8) an die drehenden Scheiben (7) ermöglichen.

7. Bremssystem nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreis einen axialen Kanal (20) aufweist, der in der Radachse (1) verläuft und das Fluid zu den Scheiben bringt.

8. Bremssystem nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Luft ist.