DE868610C - Fahrzeugbremse, insbesondere fuer Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung von Fahrzeugbremsen und insbesondere auf eine Bremsanordnung für Eisenbahnzwecke.

Die typische Bremse für Eisenbahnfahrzeuge, deren Schuhe an der Radlauffläche angreifen, ist außer einer starken Abnutzung der Radlauffläche auch noch insofern nachteilig, als sich im Falle einer hohen Beanspruchung infolge des hierbei auf die Radlauffläche auszuübenden übermäßigen Druckes eine so hohe Wärmemenge entwickelt, daß die Räder beschädigt werden können. Außerdem wirken solche Bremsen, deren Backen an der Radlauffläche angreifen, bei hohen Fahrgeschwindigkeiten nicht befriedigend.

Die Erfindung ist daher hauptsächlich auf die Schaffung einer Bremse für Eisenbahnzwecke gerichtet, die in befriedigender Weise eine rasche Verzögerung eines schweren Zuges von hohen Geschwindigkeiten gestattet.

Die Erfindung sieht ferner eine Bremse vor, bei der innerhalb eines nur kleinen Abschnittes der ganzen Bremsfläche durch die Bremsschuhe ein verhältnismäßig hoher Druck ausgeübt wird, während der restliche Teil der Bremsfläche ununterbrochen einer Kühlung ausgesetzt ist. Dabei soll derjenige Teil der Bremsfläche, welcher einer ununterbrochenen Kühlwirkung unterworfen ist, erheblich größer sein als der eigentliche Bremsabschnitt.

Außerdem soll nach der Erfindung auch eine Aufhängung für die Bremsschuhe geschaffen werden bei der das aufzunehmende Moment auf einen Arm übertragen wird, durch den es im wesentlichen vollständig längs seiner Achse weitergegeben wird. Hierdurch ist erreicht, daß der Arm für eine gewünschte Zug- und Druckfestigkeit verhältnismäßig leicht gemacht werden kann.

Schließlich soll nach der Erfindung auch noch ίο eine Bremsscheibe vorgesehen werden, die leicht an die Fahrzeugräder angeschlossen werden kann und ohne eine Beschädigung des Rades den im Eisenbahnbetrieb auftretenden hohen Arbeitsbelastungen widersteht.

In der Zeichnung ist zum Zweck der Erläuterung ein Ausführungsbeispiel dargestellt.

Fig. ι ist eine Seitenansicht des Fahrgestells eines Eisenbahnwagens; einzelne Teile sind weggebrochen, während wieder andere in gestrichelten Linien dargestellt sind;

Fig. 2 ist eine Stirnansicht des Fahrgestells nach Fig. 1; einzelne Teile sind weggebrochen;

Fig. 3 ist ein Grundriß der einen Hälfte des Fahrgestells nach Fig. 1; einzelne Teile sind weggebrochen;

Fig. 4 ist ein schematischer Senkrechtschnitt längs der Mittellinie einer Radachse; die Achse als solche ist in vollen Linien dargestellt; Fig. 5 ist ein abgebrochener senkrechter Schnitt durch die Antriebsvorrichtung für die Bremse;

Fig. 6 ist eine Ansicht eines Bremsschuhes von der Innenseite her.

Das in Fig. 1 gezeigte Fahrgestell 10 besteht aus einem Seitenrahmen in der Form eines hohlen kastehartigen Trägers 11 (Fig. 3), in den ein aus Gummi hergestelltes Tragglied 12 für ein Lager 13 zur Aufnahme der Fahrzeugachse 14 eingesetzt ist. Das Lager 13 befindet sich außerhalb des zugehörigen Rades. Die Einzelheiten dieser Anordnung sind für die Erfindung als solche nicht von Bedeutung. Ist die Achse 14 dabei feststehend ausgebildet, so müssen die Räder 15 auf ihr drehbar sein. Sind die Räder 15 mit der Achse 14 dagegen fest verbunden, so muß diese in dem Lager 13 umlaufen können. In beiden Fällen sind entsprechende Lager vorzusehen. Das Fahrgestell weist ferner einen Achsschemel 16 mit einer mittleren Platte 17 auf, der, wie in Fig. 1 gezeigt, mit Hilfe von Federn 18 auf einer die Federn 18 abstützenden Tragplatte 19 des Seitenrahmens getragen ist. Der Achsschemel 16 ist zweckmäßig schwebend ausgebildet. Die Federn 18 sind etwas nach außten geneigt, um auf diese Weise seitlichen Bewegungen des Achsschemels einen Widerstand entgegenzusetzen. Den längs gerichteten Bewegungen des Achsschemels wird durch Polster 21 entgegengewirkt, die mit zu den Querträgern gehörenden Stegen 22 zusammenwirken. Die Stege 22 stellen Verlängerungen von waagerechten Stegen 23 dar. Die Stege 22 und 23 bilden zusammen die Hauptquerträger, durch welche dem Fahrgestell seine Steifigkeit ■ gegeben ist. Die nachstehend beschriebene neue Bremsanordnung ist auf die verschiedensten Fahrgestelle _s anwendbar. Das dargestellte besondere Fahrgestell ist also nur als ein Ausführungsbeispiel anzusehen, bei dem die neue Bremse angewendet werden kann.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist den einzelnen Rädern je eine Bremsscheibe 25 zugeordnet. Die Scheiben 25 stehen mit den Rädern 15 über einen beispielsweise bei 37 mit ihnen verschraubten Flansch 36 in Verbindung. Die Scheiben 25 bestehen aus zwei Bremsflächen oder -ringen 26, 2ό^β und einer dazwischenliegenden Reihe von Stegen 27, die radial gerichtet und von im wesentlichen gleichmäßiger Weite sind sowie sich von einem innerhalb der Bremsringe 26, 26° liegenden Punkte nach deren äußerem Ende erstrecken. Die Stege 27 dienen zum Zusammenhalten der Bremsringe. Durch die Zwischenräume kann die zwischen den Bremsringen 26, 26° befindliche Luft hindurchstreichen, um auf diese Weise das Innere der Bremsringe zu kühlen.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, wirken mit den Bremsringen 26, 26° Bremsschuhe 30 zusammen. Die einzelnen Bremsschuhe 30 sind unter Vermittlung von Aufhängeaugen 32 auf einem Zugband 34 abgestützt. Die einzelnen Zugbänder 34 sind zweckmäßig drehbar auf je einem Aufhängearm 35 abgestützt. Die Aufhängearme 35 sind, wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, auf der Achse 14 drehbar. Die Bremsschuhe 30' nehmen dabei, ungeachtet der jeweiligen Stellung der Räder und Achsen gegenüber dem Fahrgestell zu den Flächen der Bremsringe 26 und 26" immer eine konzentrische Lage ein. Trotzdem eine unabhängige Lagerung durch getrennte Zapfen 3S^a vorzuziehen ist, können auch andere Mittel vorgesehen sein, um die Bremsschuhe und -scheiben konzentrisch zueinander zu halten.

Die einzelnen Bremsschuhe sind mit mehreren getrennten Bremsblöcken 31 aus einem Werkstoff geeigneter Zusammensetzung versehen. Die einzelnen Bremsblöcke 31 sind auf dem zugehörigen Bremsschuh 30 unter Zwischenlage eines Gummipolsters 45 befestigt, so daß. durch die Bremsblöcke unabhängig von irgendwelchen Änderungen der Bremsringe auf diese ein im wesentlichen gleichbleibender gleichmäßiger Druck je Quadratzentimeter ausgeübt wird.

Der Antrieb der Bremsschuhe geschieht zweckmäßig mit Hilfe eines pneumatischen Druckes. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, sind zu diesem Zweck mit einem der Bremsschuhe 30 aus einem Stück bestehende Bremszylinder 421 vorgesehen, in welchen je ein Kolben 43 angeordnet ist, der auf einer an dem gegenüberliegenden Bremsschuh 30^s befestigten Kolbenstange 44 sitzt. Bei Ausübung eines Druckes versucht sich der Kolben 43 in dem Zylinder 42 nach außen zu bewegen. Hierdurch werden die zugehörigen Bremsschuhe 30 und 30° auf die Bremsringe 26, 20^ß gepreßt. Zwischen den Zugarm und die Bremsschuhe 30 sind sich entgegenwirkende Federn 46 und 47 eingesetzt, durch die die Bremsflächen beim Lösen des Druckes wieder auseinandergedrückt werden.

Die Bremszylinder 42, 42° und die zugehörigen Kolbenstangen 44 und 44" sind zweckmäßig auf der in Richtung der Sehne verlaufenden Symmetrie-

achse der zugehörigen Bremsschuhe 30 angeordnet. Unter dieser Symmetrieachse ist jene Linie zu verstehen, welche die Fläche des aktiven Teils des Bremsschuhes, nämlich des Bremsbelages, in gleiche Teile teilt, die auf entgegengesetzten Seiten der Linie liegen. Diese Symmetrieachse ist in Fig. 6 durch die Linie A-A angedeutet. In ihrer richtigen Lage müssen die über und unter ihr befindlichen Flächen der Bremsblöcke 31 gleich groß sein. Sie kann auch als Achse des axialen Druckes bezeichnet werden. Im Falle einer solchen Anordnung der Bremszylinder 42, 42⁰ und der zugehörigen Kolbenstangen 44, 44° in der Achse A-A werden die durch die Bremszylinder ausgeübten normalen Druckkräfte vollkommen gleichmäßig auf die Bremsblöcke 31.verteilt. Hierdurch ist über den ganzen Bremsschuh ein gleichmäßiger Flächendruck erreicht und damit eine wahrnehmbare Bewegung der Bremsschuhe verhindert. Die Bremsschuhe können gegebenertfalls zur Erzielung der erforderlichen Steifigkeit durch Rippen od. dgl. verstärkt werden (Fig. 4). Das Zugband 34 weist, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, eine Verlängerung 34" auf, durch welche es mit einem quer gerichteten Rahmenteil 40 zur Aufnahme des Bremsmomentes verbunden ist. Die vorbeschriebene Abstützung soll zweckmäßig in der waagerechten Mittellinie des Rades liegen, um auf diese Weise zu erreichen, daß die ganze Anordnung als eine um die Radachse drehbare Einheit wirksam wird. Unter der Annahme, daß die Radachse in Ruhe bleibt und der Seitenrahmen 11 des Fahrgestells einen gesamten senkrechten Weg von etwa 5 cm ausführt, wird der entsprechende senkrechte Weg des Momentenlagers 40 eine annähernd gerade Linie darstellen. Hierdurch ist erreicht, daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Stange 40 und der Radmittellinie 48 im wesentlichen unverändert bleibt. Wie leicht zu erkennen ist, wird ein mit dem Momentenlager 40 um die Radachse beschriebener Bogen in den Grenzen von 2,5 cm über und 2,5 cm unter der Mittellinie noch eine nahezu gerade Linie darstellen. Das Dreieck der Mittelpunkte 40, 48 und 47 wird daher im wesentlichen unverändert bleiben. Hierdurch ist eine gleichbleibende Konzentrizität der Schuhe 30 zu den Scheiben 26 und 26" erreicht. Zur Vermeidung von Biegungsbeanspruchungen soll nach Möglichkeit vermieden werden, daß die auf die Bremsschuhe ausgeübten Reaktionen als zusätzliche Belastungen auf die Zugbänder 34 und deren Verlängerungen 34° übertragen werden. Dies ist insofern erwünscht, als die radialen Aufhängeglieder 35 zweckmäßig so leicht wie möglich sein sollen. Sind die Zugbänder 34 und deren Verlängerungen 34° daher so entworfen, daß sie nur Zug- und Druckkräfte aufzunehmen brauchen, so kann ihre Festigkeit und ihr Gewicht herabgesetzt werden. Eine • solche Beschränkung der von den Zugbändern zu übertragenden Kräfte auf Zug- und Druckbeanspruchungen ist dann erreicht, wenn die durch den Zugmittelpunkt 47 hindurchgehende Resultierende aller Reibkräfte jedes Bremsschuhpaares annähernd mit der Mittellinie des zugehörigen Zugbandes 34 und dessen Verlängerung 34" zusammenfällt und das Glied 40 schneidet. In der Zeichnung ist diese gemeinsame Resultierende und Mittellinie mit H-H bezeichnet. Steht nun die Mittellinie 35^s, 48 der Arme 35 rechtwinklig zur Resultierenden, so werden die Arme 35 in die radiale Symmetrieebene der Schuhe des zugehörigen Paares zu liegen kommen - und damit ohne eine auf die Bremsreaktionen zurückgehende Biegungsbeanspruchung nur den radialen Tragbelastungen unterworfen sein. Es können daher sowohl die Hauptteile der Arme 35 als auch ihre Lager auf der Welle 14 verhältnismäßig leicht ausgebildet sein, da sie in diesem Falle nur unmittelbaren Druck- und Zugbelastungen unterworfen sind.

Den Zugmittelpunkt der Schuhe erhält man durch Zusammenfassen der Zugkräfte der zugehörigen Bremsblöcke 31. Die Zugkräfte der einzelnen Blöcke greifen au unterschiedlichen Tangenten an. Der Abstand R des Zugmittelpunktes 47 der Bremse beträgt für einen sich über 120⁰ erstreckenden Bremsschuh etwa das i,23fache des mittleren Radius der Bremsschuhe. Wird die winklige Ausdehnung der Schuhe über 120⁰ hinaus erhöht, so steigt der

Faktor — bis zu einem Winkel von i8o° rasch an. r

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, einerseits die winklige Ausdehnung der Bremsschuhe auf einen Segmentabschnitt von etwa 12p⁰ zu beschränken und anderseits den auf die Bremsschuhe ausgeübten Flächendruck so hoch zu wählen, daß die gesamte Bremsarbeit innerhalb einer verhältnismäßig kleinen Fläche der Scheibe ausgeführt werden kann. Da die Scheibe sich während des restlichen Teils ihrer Umdrehung (etwa 240°) ohne Unterbrechung abkühlen kann, wird sie beim Erreichen der Bremsschuhe eine verhältnismäßig niedrige Temperatur aufweisen. Durch die Unterteilung der Scheibe in Brems- und Kühlsegmente ist zwischen den Brems- * blöcken 31 und dem gebremsten Segment ein hoher Temperaturunterschied gewährleistet, was sich seinerseits in einer wirksamen Zerstreuung der sich entwickelnden Wärmemenge auswirkt. Die Temperatur der segmentartigen Bremsschuhe kann und wird nicht so hoch ansteigen, wie wenn das gleiche Bremsmoment auf die ganze Scheibe verteilt wird. In diesem Falle würde die Temperatur der Bremsschuhe und der Scheibe allmählich ansteigen, wogegen im Falle einer hohen Temperatur über einen verhältnismäßig kurzen Segmentabschnitt der Scheibe die Kühlung innerhalb des anderen Scheibenteils so groß wie oder größer als die Erwärmung ist.

Die besondere Länge der Segmente scheint im Eisenbahnbetrieb einigermaßen kritisch zu sein. Wird beispielsweise ein kleineres Segment angewendet, so übersteigt der Flächendruck den Widerstand der besten Bremsbeläge, was eine Be-Schädigung der Beläge zur Folge hat, oder die Temperaturen steigen schon innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Bremszeit so stark an, daß der kritische Punkt überschritten wird. Dies wirkt sich außer der vorerwähnten Zerstörung des Bremsbelages auch noch in einer Beschädigung der Brems-

scheibe aus. .Wird anderseits die winklige Ausdehnung der Bremsschuhe erheblich über I2O° erhöht, so ist, wie die Kühlkurve zeigt, der Bremsscheibe zu wenig Zeit gegeben, um sich auf eine mittlere Temperatur abzukühlen. Die Grundtemperatur wird daher so stark ansteigen, daß^r schon nach einer verhältnismäßig kurzen Bremszeit die gesamte Temperatur den kritischen Punkt übersteigt. Für eine möglichst vollständige Abkühlung der Scheibe

ίο hat sich eine ununterbrochene Kühlung während 240⁰ des Scheibenumlaufs als am günstigsten erwiesen. Eine Aufteilung der Bremsschuhe in sich diametral gegenüberliegende Paare der gleichen Gesamtfläche führt zu einer übermäßigen Erwärmung, wogegen dies bei einer Vereinigung der gleichen Bremsfläche zu einem Segment nicht der Fall ist. Es hat sich herausgestellt, daß unter Erzielung einer kräftigen Bremswirkung für die meisten Betriebsbedingungen ein Flächendruck von höchstens etwa 10 kg pro Quadratzentimeter am vorteilhaftesten ist. Ein solcher Druck läßt sich bei Anwendung von zwei Bremszylindern der dargestellten Art mit einem Durchmesser von etwa 18 cm und einem Flüssigkeitsdruck von ungefähr 5,25 bis 6,3 kg pro Quadratzentimeter ohne weiteres erreichen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Fahrzeugbremse, insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit einer mit dem Rad drehbaren Bremsscheibe und einem oder mehreren segmentartigen Bremsschuhen, die relativ zur Scheibe konzentrisch befestigt sind, und Ankermitteln, die geeignet sind, das Bremsmoment auf die Fahrzeugkonstruktion zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Ankermittel (34, 34") unmittelbar in der Richtung des resultierenden tangentialen Zuges des Schuhes oder der Schuhe (30, 30«) liegen.

   2. Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Antriebsmittel (42, 42") für diesen Bremsschuh oder diese Bremsschuhe (30, 30^s) auf einer im wesentlichen in der Linie der Symmetrieachse (A-A) des Schuhes oder der Schuhe und zunächst den einander gegenüberliegenden Enden derselben angeordnet sind, wodurch während des Bremsens über die ganze Bremsfläche des Schuhes oder der Schuhe ein im wesentlichen gleichmäßiger Druck ausgeübt wird.

   3. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß: die Bremsschuhe (30, 30°) getrennte Bremsblöcke (31) aus geeignetem Bremswerkstoff tragen, wobei zwischen Bremsschuhen und -blöcken nachgiebige Gummipolster (45) angeordnet sind.

   Angezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 440592, 441 415,

   583.090, 598447; ;

   französische Patentschrift Nr. 407 174;
   britische Patentschrift Nr. 367653;
   USA.-Patentschrift Nr. 1307422.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

   15725 2.53