EP3194228A1 - Verfahren und betätigungsvorrichtung zur enteisung eines schienenfahrzeuges - Google Patents

Verfahren und betätigungsvorrichtung zur enteisung eines schienenfahrzeuges

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EP3194228A1
EP3194228A1 EP15756628.2A EP15756628A EP3194228A1 EP 3194228 A1 EP3194228 A1 EP 3194228A1 EP 15756628 A EP15756628 A EP 15756628A EP 3194228 A1 EP3194228 A1 EP 3194228A1
Authority
EP
European Patent Office
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brake
icing
brake actuators
pressure
piston
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15756628.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rüdiger ZENZ
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Siemens AG Oesterreich
Original Assignee
Siemens AG Oesterreich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG Oesterreich filed Critical Siemens AG Oesterreich
Publication of EP3194228A1 publication Critical patent/EP3194228A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B61H—BRAKES OR OTHER RETARDING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR RAIL VEHICLES; ARRANGEMENT OR DISPOSITION THEREOF IN RAIL VEHICLES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/14—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for deicing brake actuators of a rail vehicle, wherein the
  • Brake actuators from a rest position in which the brake actuators are opened can be moved to a braking position in which a closing force on the
  • Brake actuators is exercised, as well as a
  • Brake actuators generate a frictional force against a rotatable, braked component of a brake.
  • Brake actuators may be, for example, brake calipers, calipers, brake pads or brake shoes used in friction brakes such as disc or pad brakes.
  • Rail vehicles are usually equipped with several braking systems, of which the friction brake is classified as particularly safety-relevant.
  • the friction brake is classified as particularly safety-relevant.
  • Friction brake converts the kinetic energy
  • brake actuators such as brake calipers or
  • Brake blocks against a counterpart for example a
  • brake systems should be inexpensive and easy to retrofit.
  • De-icing position are moved, in which one of the
  • Brake actuators is exercised to solve a glaciation
  • the braking position refers to a position in which the brake actuators contact their counterpart, for example a brake disk, and a force proportional to the closing force is exerted on the counterpart.
  • Under rest position is understood a position in which the brake actuators do not contact the counterpart and no closing force is exerted on them.
  • Defrosting position can cause icing of the brake actuators resulting from the melting of snow and ice due to the evolution of heat during a braking operation and the
  • Braking system is given at any time.
  • one embodiment provides that the opening force or closing force exerted on the brake actuators is generated via a piston which is guided in a brake cylinder.
  • Cylinder / piston principle is a proven principle of rail vehicle technology, which works reliably and is easy to manufacture and assemble.
  • the piston divides the brake cylinder into two chambers and the opening force or closing force of the piston is achieved by a change in the pressure in at least one of the chambers.
  • An embodiment of the brake cylinder as a double-acting cylinder, wherein the piston on both sides respectively in both chambers formed with pressure
  • Pressure change leads to a movement of the piston or to build up an opening or closing force.
  • the pressure change can take place either continuously or stepwise.
  • Existing brake systems with single-acting cylinders can be easily converted to double-acting cylinders.
  • a third pressure level prevails in the same chamber, which is higher than the first one Pressure level.
  • the braking force is generated by a spring element, which is arranged in one of the two chambers. In the rest position that chamber without spring element is acted upon by the first pressure level, so that the spring element is biased and the brake actuators are opened. In order to move the brake actuators from the rest position to the braking position, the pressure level is lowered to the second pressure level, so that the spring element relaxes and exerts the closing force on the piston. To the brake actuators from the rest position in the
  • the medium used for pressure build-up is liquid or gaseous, preferably
  • Liquid media have the advantage that they are usually incompressible, but these can only be used in a certain temperature range because of their viscosity.
  • gaseous media are compressible, compressed air, for example, can be produced at any time and there are no temperature limits relevant to the process.
  • a particularly preferred embodiment provides that the movement of the brake actuators from the rest position to the defrosting position in the opposite direction as the movement in the braking position.
  • Counterpart for example, a brake disc, as in the rest position.
  • the brake actuators by 1 to 8 mm, preferably 2 to 6 mm, from the rest position in the
  • the opening force is between 20 and 50 kN, preferably between 30 and 40 k. Experience has shown that this force is sufficient to be used in practice
  • the initially asked task is also by a
  • De-icing position are movable.
  • An actuator or an actuator serves to apply the required closing or opening force.
  • the actuator is connectable to the brake actuators, with other elements between the
  • Actuator and the brake actuators can be arranged. Connectable refers in this context on the power flow, which must be forwarded to the brake actuators themselves.
  • Actuator is the distance between the rest position and the defrosting position of the brake actuators between 1 and 8 mm, preferably 2 and 6 mm. As a result, a movement is generated which ruptures and splinters the icing, whereby the splintering ice from the
  • Brake actuators are in the braking position, so
  • an alternative embodiment of the invention provides that the piston divides the brake cylinder into two chambers and a spring element is arranged in the first chamber and a first pressure supply line in the second chamber wherein the spring element in the defrosting position has a higher bias than in the rest position. It is of course equally conceivable that the first and second chambers are reversed or even in the spring element having chamber, a second pressure supply line is provided. According to a further preferred embodiment variant of the actuating device, the piston divides the brake cylinder into two chambers and a corresponding pressure supply line is arranged in each chamber.
  • a double-acting cylinder in which a pressure build-up in each of the two chambers is possible and thus the piston can exert both a closing force and a closing force counteracting the opening force on the brake actuators.
  • a spring element can be arranged in at least one of the chambers, which exerts a bias on the piston in at least one position.
  • Actuating device at least one valve is provided which is connected on the one hand with the pressure supply lines and on the other hand connected to a pressure source.
  • a pressure source such as a pressure circuit or a pressure vessel connected to a compressor, can be used in a simple manner to pressurize both pressure supply lines.
  • a particularly preferred embodiment provides that via only one valve, depending on the desired position of the piston, the pressure supply lines are releasable and closable. The position of the valve thus makes it possible to pressurize only one pressure supply while the other remains closed. As a result, a separate control of the pressure lines is achieved.
  • valve position in which no the two pressure supply lines is pressurized, so both are closed or a valve position in which both pressure supply lines are open.
  • the desired position of the piston refers to the rest, brake or
  • Another particularly preferred embodiment provides that in the braking position of the piston, the first
  • valve is electromagnetic
  • valve can be controlled and the valve is preferably a 4/2-way valve.
  • the electromagnetic control makes it possible to change the valve position
  • a 4/2-way valve a valve with four ports, including a vent port and two different valve positions, is particularly well-suited for pressurizing a double-acting cylinder.
  • other valves are conceivable that have more connections or allow valve positions.
  • Fig. Lb an actuator of an active
  • Fig. Lc an actuator of an active
  • Fig. 2a is an actuating device of a passive
  • Fig. 2b is an actuating device of a passive
  • Fig. 2c an actuator of a passive
  • Embodiment is designed as a brake caliper 1. Also on the representation of a counterpart, such as a brake disc, which must forcibly have a friction surface and is attached to an axle of the rail vehicle, was omitted for the same reason. It goes without saying, however, that the second brake caliper of a pair of brake calipers analogous to that in the sequence described brake caliper 1 can be actuated or otherwise trained brake actuators 1 work on the same principle.
  • brake caliper 1 is shown only schematically and consists of a friction surface 15, a molded part, which is mounted on a rotary joint, and a lever on which an actuator engages. It is one
  • Brake caliper 1 possible, in particular a crossover on the rotary joint, but the embodiments have no effect on the functioning of the invention.
  • Figures la, b, c relate to a so-called active braking system of a rail vehicle. There is one
  • Brake cylinder 6 is provided, in which a piston 5 is guided.
  • the piston 5 divides the brake cylinder 6 while in a first chamber 7 and a second chamber 8 and is connected to the
  • valve 12 which here as a 4/2-way valve
  • the valve 12 is connected for this purpose on the one hand with a pressure source 13, for example a high pressure line or a high pressure system or a compressor, and the discharge side with a first pressure supply line 9 and a second pressure supply line 11.
  • Fig. La shows an active braking system described above, in which the brake caliper 1 with its friction surface 15 is in the rest position 2. In this case, none of the chambers 7.8 is pressurized and a, in the second chamber. 8
  • Brake caliper 1 or its friction surface 15 is not engaged with the counterpart, for example, the friction surface of a
  • the friction surface 15 of the brake caliper preferably between 2 and 6 mm, away from its counterpart, for example, the friction surface of a brake disc (thus enters the defrost position 4, which is here for the friction surface 15 left of the rest position 2) and exercises one to
  • FIGS. 2a, b, c show an alternative
  • Brake system a passive braking system, like a
  • the second chamber 8 is pressurized, so that a arranged in the first chamber 7 spring element 14 has a bias, as shown in Fig. 2a can be seen.
  • the brake cylinder 6 is designed as a single-acting cylinder, so that only the second
  • Chamber 8 has a pressure supply line 9.
  • the pressure feed line 9 is connected to a pressure source 13, whereby the arrangement of valves is conceivable, e.g. a valve 12 as in Fig. La.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Enteisung von Bremsaktuatoren (1) eines Schienenfahrzeuges, wobei die Bremsaktuatoren (1) aus einer Ruheposition (2), in welcher die Bremsaktuatoren (1) geöffnet sind, in eine Bremsposition bewegt werden können, in welcher eine Schließkraft (FS) auf die Bremsaktuatoren (1) ausgeübt wird. Die Enteisung der Bremsaktuatoren (1), auch während des laufenden Betriebs, wird dadurch erreicht, dass die Bremsaktuatoren (1) aus der Ruheposition (2) in eine Enteisungsposition bewegt werden, in welcher eine der Schließkraft (FS) entgegenwirkende Öffnungskraft (FO) auf die Bremsaktuatoren (1) ausgeübt wird, um eine Vereisung zu lösen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Betätigungsvorrichtung zur Enteisung eines Schienenfahrzeuges
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Enteisung von Bremsaktuatoren eines Schienenfahrzeuges, wobei die
Bremsaktuatoren aus einer Ruheposition, in welcher die Bremsaktuatoren geöffnet sind, in eine Bremsposition bewegt werden können, in welcher eine Schließkraft auf die
Bremsaktuatoren ausgeübt wird, sowie eine
Betätigungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
Bremsaktuatoren erzeugen eine Reibkraft gegen ein drehbares, abzubremsendes Bauteil einer Bremse. Bremsaktuatoren können beispielsweise Bremszangen, Bremssattel, Bremsklötze oder Bremsbacken sein, die in Reibungsbremsen, wie Scheiben- oder Klotzbremsen, zur Anwendung kommen.
Stand der Technik
Schienenfahrzeuge sind zumeist mit mehreren Bremssystemen ausgestattet, von denen die Reibungsbremse als besonders sicherheitsrelevant einzustufen ist. Eine solche
Reibungsbremse wandelt die kinetische Energie und die
Differenz der potentiellen Energie über Reibpartner in Wärme um. Dabei werden Bremsaktuatoren wie Bremszangen oder
Bremsblöcke gegen einen Gegenpart, beispielweise eine
Bremsscheibe, gepresst und dadurch ein Abbremsen bzw. ein kompletter Stillstand des Schienenfahrzeuges herbeigeführt.
Insbesondere im Winterbetrieb besteht die Gefahr, dass die Bremsaktuatoren vereisen oder festfrieren, denn durch die Wärmeentwicklung beim Betätigen der Bremse schmilzt Eis bzw. Schnee welcher sich während der Fahrt auf den Elementen abgelagert hat. Sobald die Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben wurde, friert das gebildete Schmelzwasser aufgrund der Bewegungsgeschwindigkeit des Schienenfahrzeuges und der niedrigen Außentemperaturen wieder ein und bildet so einen „Eispanzer" um die Bremsaktuatoren .
Dieses Festfrieren gefährdet den sicheren Betrieb des
Schienenfahrzeuges, da sich die Reibungsbremsen schlechtesten falls nicht mehr bewegen lassen und daher eine erhöhte
Unfallgefahr besteht.
Es ist bekannt, dass Schienenfahrzeuge nach einem
Außeneinsatz in Auftauhallen abgetaut werden, um eine
Enteisung vorzunehmen. Dabei werden Vereisungen am gesamten Fahrzeug und insbesondere im Bereich der Bremsen entfernt, sodass zu Beginn des nächsten Einsatzes garantiert werden kann, dass keine Vereisungen mehr vorhanden sind. Zu diesem Zwecke werden oftmals Dampfstrahier zur raschen
Enteisung verwendet. Dadurch wird jedoch ein Eindringen von Wasser in den Bremszylinder begünstigt, was zur Korrosion der Bremszylinder führen kann. Zusätzlich dazu kann der hohe Druck der Dampfstrahier auch zu Beschädigungen im Bereich des Faltenbalgs und der Dichtungen führen.
Ebenfalls als nachteilig zu beurteilen ist die Tatsache, dass eine Enteisung ausschließlich während der Stillstandszeit stattfinden kann und nicht während des laufenden Betriebs möglich ist.
Aufgabe der Erfindung Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist und eine Enteisung der Bremsaktuatoren auch während des aktiven Betriebs ermöglicht. Dabei sollen insbesondere bestehen Bremssysteme kostengünstig und leicht nachrüstbar sein.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert .
Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die
Bremsaktuatoren aus der Ruheposition in eine
Enteisungsposition bewegt werden, in welcher eine der
Schließkraft entgegenwirkende Öffnungskraft auf die
Bremsaktuatoren ausgeübt wird, um eine Vereisung zu lösen
Die Bremsposition bezieht sich dabei auf eine Stellung, in der die Bremsaktuatoren ihren Gegenpart, beispielsweise eine Bremsscheibe, kontaktieren und eine der Schließkraft proportionale Kraft auf den Gegenpart ausgeübt wird. Unter Ruheposition wird eine Position verstanden, in der die Bremsaktuatoren den Gegenpart nicht kontaktieren und auch keine Schließkraft auf diese ausgeübt wird.
Durch die Öffnungskraft und die Bewegung in die
Enteisungsposition kann eine Vereisung der Bremsaktuatoren, welche aus dem Schmelzen von Schnee und Eis aufgrund der Wärmeentwicklung bei einem Bremsvorgang und dem
anschließenden Festfrieren des Schmelzwassers resultiert, entfernt werden. Durch die, der Öffnungskraft proportionale Kraft, welche auf einen solchen „Eispanzer" ausgeübt wird, wird dieser gesprengt, zersplittert oder abgebrochen. Die Bewegung in die Enteisungsposition kann auch während dem laufenden Betrieb, also während der Fahrt, eines
Schienenfahrzeuges erfolgen, sodass bleibende Vereisungen verhindert werden und so die Funktionstüchtigkeit des
Bremssystems jederzeit gegeben ist.
Um einen einfachen Aktuator-Mechanismus für die benötigten Kräfte bereitzustellen, sieht eine Ausführungsvariante vor, dass die Öffnungskraft bzw. Schließkraft, welche auf die Bremsaktuatoren ausgeübt wird, über einen Kolben, welcher in einem Bremszylinder geführt ist, erzeugt wird. Bei dem
Zylinder/Kolben Prinzip handelt es sich um ein bewährtes Prinzip der Schienenfahrzeug-Technik, welches zuverlässig funktioniert und einfach herzustellen und zu montieren ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung unterteilt der Kolben den Bremszylinder in zwei Kammern und wird die Öffnungskraft bzw. Schließkraft des Kolbens durch eine Änderung des Druckes in zumindest einer der Kammern erreicht. Eine Ausführung des Bremszylinders als doppelt wirkender Zylinder, bei dem der Kolben auf beiden Seiten respektive in beiden gebildeten Kammern mit Druck
beaufschlagt werden kann, ist vorteilhaft, da eine Bewegung des Kolbens in beide Richtungen durch eine Druckänderung in der jeweiligen Kammer herbeigeführt werden kann. Die
Druckänderung führt zu einer Bewegung des Kolbens bzw. zum Aufbau einer Öffnungs- oder Schließkraft. Dabei kann die Druckänderung entweder kontinuierlich oder stufenweise erfolgen. Bestehende Bremssysteme mit einfach wirkenden Zylindern können in einfacher Art und Weise auf doppelt wirkende Zylinder umgerüstet werden.
Eine alternative Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass
- in der Ruheposition ein erstes Druckniveau in einer der Kammern vorherrscht,
- in der Bremsposition ein zweites Druckniveau in derselben Kammer vorherrscht, welches niedriger ist als das erste Druckniveau und
- in der Enteisungsposition ein drittes Druckniveau in derselben Kammer vorherrscht, welches höher ist als das erste Druckniveau. Insbesondere bei passiven Bremssystemen, wie beispielsweise Federspeicherbremsen, wird die Bremskraft von einem Federelement erzeugt, welches in einer der beiden Kammern angeordnet ist. In der Ruheposition ist jene Kammer ohne Federelement mit dem ersten Druckniveau beaufschlagt, so dass das Federelement vorgespannt ist und die Bremsaktuatoren geöffnet sind. Um die Bremsaktuatoren von der Ruheposition in die Bremsposition zu bewegen, wird das Druckniveau auf das zweite Druckniveau gesenkt, sodass sich das Federelement entspannt und die Schließkraft auf den Kolben ausübt. Um die Bremsaktuatoren von der Ruheposition in die
Enteisungsposition zu bewegen, wird das Druckniveau auf das dritte Druckniveau erhöht, sodass das Federelement stärker vorgespannt wird und durch die Differenz des ersten und dritten Druckniveaus die Öffnungskraft auf den Kolben wirkt. So kann auch für ein passives Bremssystem in einfacher Art und Weise eine Enteisung während des Betriebs durchgeführt werden .
In einer weiteren Ausführungsvariante ist das zum Druckaufbau verwendete Medium flüssig oder gasförmig, vorzugsweise
Druckluft oder Hydrauliköl. Dadurch ist es möglich,
pneumatische oder hydraulische Systeme einzusetzen, um den erforderlichen Druck aufzubauen. Flüssige Medien haben den Vorteil, dass sie in der Regel inkompressibel sind, jedoch sind diese wegen ihrer Viskosität nur in einem gewissen Temperaturbereich einsetzbar. Gasförmige Medien sind zwar kompressibel , jedoch kann beispielsweise Pressluft jederzeit nach produziert werden und es gibt keine, für das Verfahren relevante, Temperaturgrenzen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Bewegung der Bremsaktuatoren von der Ruheposition in die Enteisungsposition in die entgegengesetzte Richtung verläuft wie die Bewegung in die Bremsposition. Somit wird
beispielsweise eine mechanische Fehlfunktion ausgeschlossen, die zu einer Bewegung in die Bremsposition führt, obwohl eine Bewegung in die Enteisungsposition gewünscht ist. So eine Fehlfunktion wäre jedoch denkbar, wenn die Bremsposition und die Enteisungsposition in derselben Bewegungsrichtung liegen würden. In der Enteisungsposition befinden sich die
Bremsaktuatoren also noch weiter entfernt von Ihrem
Gegenpart, beispielsweise einer Bremsscheibe, als in der Ruheposition .
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Bremsaktuatoren um 1 bis 8 mm, vorzugsweise 2 bis 6 mm, von der Ruheposition in die
Enteisungsposition bewegt werden. Durch die Bewegung der Bremsaktuatoren nach außen, also weg von dem Gegenpart, beispielsweise der Bremsscheibe, wird die Vereisung zwischen Bremsaktuator und Gegenpart zersplittert oder abgebrochen, ohne dass nennenswerte Wärmeenergie entsteht, die erneut zu Vereisungen führen könnte.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten
Ausführungsvariante liegt die Öffnungskraft zwischen 20 und 50 kN, vorzugsweise zwischen 30 und 40 k . Diese Kraft reicht erfahrungsgemäß aus, um die in der Praxis auftretenden
Vereisungen loszulösen.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch eine
Betätigungsvorrichtung zur Durchführung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht, mit welcher die
Bremsaktuatoren mittels einer Schließkraft aus einer
Ruheposition in eine Bremsposition bewegbar sind. Die eingangs gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Bremsaktuatoren mittels einer Öffnungskraft in eine
Enteisungsposition bewegbar sind.
Eine Betätigungsvorrichtung bzw. ein Aktuator dient dazu, die erforderliche Schließ- bzw. Öffnungskraft aufzubringen. Dabei ist die Betätigungsvorrichtung mit den Bremsaktuatoren verbindbar, wobei auch weitere Elemente zwischen der
Betätigungsvorrichtung und den Bremsaktuatoren angeordnet sein können. Verbindbar bezieht sich in diesem Zusammenhang auf den Kraftfluss, welcher bis zu den Bremsaktuatoren selbst weitergeleitet werden muss.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der
Betätigungsvorrichtung beträgt der Abstand zwischen der Ruheposition und der Enteisungsposition der Bremsaktuatoren zwischen 1 und 8 mm, vorzugsweise 2 und 6 mm. Dadurch wird eine Bewegung erzeugt, welche die Vereisung aufreißen und absplittern lässt, wobei das absplitternde Eis aus dem
Zwischenraum von Bremsaktuator und Gegenpart (Bremsscheibe) nach unten fällt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der
Betätigungsvorrichtung sieht vor, dass diese einen
Bremszylinder und einen darin geführten Kolben umfasst, wobei der Kolben aus einer Ruheposition in eine Bremsposition bewegbar und mit den Bremsaktuatoren verbunden ist. Dabei ist unter der Bremsposition des Kolbens jene Position zu
verstehen, die der Kolben einnimmt, wenn sich die
Bremsaktuatoren in der Bremsposition befinden, also
geschlossen sind. Da, aufgrund der mechanischen Verbindung entlang des Kraftflusses, der Kolben und die Bremsaktuatoren verbunden sind, ist der Bremsposition der Bremsaktuatoren eine eindeutige Bremsposition des Kolbens zuordenbar. Analoge Überlegungen gelten sowohl für die Ruheposition als auch für die Enteisungsposition.
Um auch für ein passives Bremssystem, beispielsweise eine Federspeicherbremse, eine Enteisung zu ermöglichen, sieht eine alternative Ausführungsvariante der Erfindung vor, dass der Kolben den Bremszylinder in zwei Kammern teilt und in der ersten Kammer ein Federelement und in der zweiten Kammer eine erste Druckzuleitung angeordnet ist, wobei das Federelement in der Enteisungsposition eine höhere Vorspannung aufweist als in der Ruheposition. Dabei ist es natürlich genauso denkbar, dass die erste und zweite Kammer vertauscht sind bzw. auch in der das Federelement aufweisenden Kammer eine zweite Druckzuleitung vorgesehen ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Betätigungsvorrichtung teilt der Kolben den Bremszylinder in zwei Kammern und ist in jeder Kammer eine entsprechende Druckzuleitung angeordnet. Die Teilung in zwei Kammern ist dem Zylinder - Kolben Prinzip geschuldet, da der Kolben die beiden Kammern jedenfalls gegeneinander abdichten muss, um einen Druckaufbau zu ermöglichen. Das Volumen der beiden Kammern ist nicht statisch anzusehen, sondern ändert sich mit der Stellung des Kolbens im Bremszylinder. Dadurch dass aber beide Kammern eine eigene und separat ansteuerbare
Druckzuleitung aufweisen, ist es möglich, einen doppelt wirkenden Zylinder zu erhalten, in dem ein Druckaufbau in jeder der beiden Kammern möglich ist und somit der Kolben sowohl eine Schließkraft als auch eine der Schließkraft entgegenwirkende Öffnungskraft auf die Bremsaktuatoren ausüben kann. In alternativen Ausführungsvarianten kann in zumindest einer der Kammern ein Federelement angeordnet sein, welches in zumindest einer Position eine Vorspannung auf den Kolben ausübt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der
Betätigungsvorrichtung ist zumindest ein Ventil vorgesehen, welches einerseits mit den Druckzuleitungen verbunden und andererseits mit einer Druckquelle verbindbar ist. Durch ein oder mehrere Ventile kann in einfacher Art und Weise eine Druckquelle, beispielsweise ein Druckkreislauf oder ein mit einem Kompressor verbundener Druckbehälter, genutzt werden um beide Druckzuleitungen mit Druck zu beaufschlagen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass über nur ein Ventil, abhängig von der gewünschten Position des Kolbens, die Druckzuleitungen freigebbar und schließbar sind. Die Stellung des Ventils ermöglicht es somit nur eine Druckzuleitung mit Druck zu beaufschlagen, während die andere geschlossen bleibt. Dadurch wird eine separate Ansteuerung der Druckleitungen erreicht. In einer alternativen
Ausführungsvariante gibt es eine Ventilstellung, in der keine der beiden Druckzuleitungen mit Druck beaufschlagt wird, also beide geschlossen sind bzw. eine Ventilstellung in der beide Druckzuleitungen geöffnet sind. Die gewünschte Position des Kolbens bezieht sich auf die Ruhe-, Brems- oder
Enteisungsposition .
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass in der Bremsposition des Kolbens die erste
Druckzuleitung freigegeben und die zweite verschlossen ist, um Druck in der ersten Kammer aufzubauen und dass in der Enteisungsposition die zweite Druckzuleitung freigegeben und die erste verschlossen ist, um Druck in der zweiten Kammer aufzubauen. Der aufgebaute Druck in einer der Kammern führt zu einer Bewegung des Kolbens, so dass das Volumen der betreffenden Kammer vergrößert wird, bzw. zum Aufbau einer Schließ- oder Öffnungskraft. Dabei ist die Art des Einbaus des Bremszylinders und der Verbindung mit den Bremsaktuatoren ausschlaggebend dafür, in welcher Kammer Druck aufgebaut werden muss, um die gewünschte Kraft- bzw. Bewegungsrichtung des Kolbens zu erreichen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten
Ausführungsvariante ist das Ventil elektromagnetisch
ansteuerbar und handelt es sich bei dem Ventil vorzugsweise um ein 4 /2-Wegeventil . Die elektromagnetische Ansteuerung ermöglicht es, eine Änderung der Ventilstellung
beispielsweise über ein zentrales Bordelektronik-System vorzunehmen, so dass beispielsweise der Schienenfahrzeug- Führer die Bewegung der Bremsaktuatoren in die
Enteisungsposition vom Führerstand aus veranlassen kann. Ein 4 /2-Wegeventil , also ein Ventil, welches vier Anschlüsse, inklusive einem Entlüftungsanschluss , aufweist und zwei verschiedene Ventilstellungen zulässt, eignet sich besonders gut, um einen doppelt wirkenden Zylinder mit Druck zu versorgen. Je nach Ausführungsvariante sind jedoch auch andere Ventile denkbar, die mehr Anschlüsse aufweisen bzw. Ventilstellungen zulassen. Kurzbeschreibung der Figuren
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Figuren Bezug genommen, aus der weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und
Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Die Figuren sind als beispielhaft zu verstehen und sollen den
Erfindungscharakter zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Es zeigen:
Fig. la eine Betätigungsvorrichtung eines aktiven
Bremssystems, wobei sich der Bremsaktuator in der
Ruheposition befindet
Fig. lb eine Betätigungsvorrichtung eines aktiven
Bremssystems in der Bremsposition
Fig. lc eine Betätigungsvorrichtung eines aktiven
Bremssystems in der Enteisungsposition
Fig. 2a eine Betätigungsvorrichtung eines passiven
Bremssystems, wobei sich der Bremsaktuator in der
Ruheposition befindet
Fig. 2b eine Betätigungsvorrichtung eines passiven
Bremssystems in der Bremsposition
Fig. 2c eine Betätigungsvorrichtung eines passiven
Bremssystems in der Enteisungsposition
Ausführung der Erfindung
In den Figuren ist der Übersichtlichkeit halber jeweils nur ein Bremsaktuator 1 abgebildet, welcher in diesem
Ausführungsbeispiel als Bremszange 1 ausgebildet ist. Auch auf die Darstellung eines Gegenparts, beispielsweise einer Bremsscheibe, welche zwangsweise eine Reibfläche aufweisen muss und an einer Achse des Schienenfahrzeuges angebracht ist, wurde aus derselben Überlegung heraus verzichtet. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die zweite Bremszange eines Bremszangenpaares analog zu der in der Folge beschriebenen Bremszange 1 betätigt werden kann bzw. auch anders ausgebildete Bremsaktuatoren 1 nach dem selben Prinzip funktionieren .
Die in den Figuren abgebildete Bremszange 1 ist dabei nur schematisch abgebildet und besteht aus einer Reibfläche 15, einem Formteil, welches über ein Drehgelenk gelagert ist, und einem Hebel, an dem ein Aktuator angreift. Es ist eine
Vielzahl an unterschiedlichen Ausgestaltungen der
Bremszange 1 möglich, insbesondere eine Überkreuzung am Drehgelenk, wobei die Ausführungsvarianten jedoch auf die erfindungsgemäße Funktionsweise keinen Einfluss haben.
Die Figuren la,b,c beziehen sich auf ein sogenanntes aktives Bremssystem eines Schienenfahrzeuges. Dabei ist ein
Bremszylinder 6 vorgesehen, in dem ein Kolben 5 geführt ist. Der Kolben 5 teilt den Bremszylinder 6 dabei in eine erste Kammer 7 und eine zweite Kammer 8 und ist mit der
Bremszange 1 verbunden. Dabei ist der Kolben 5 so
ausgebildet, dass er die beiden Kammern 7,8 gegeneinander abdichtet und sich die Kammern 7,8, je nach Stellung des Kolbens 5, verkleinern bzw. vergrößern.
Über ein Ventil 12, welches hier als 4 /2-Wegeventil
ausgeführt ist, wird der Druckaufbau in den Kammern 7,8 geregelt. Das Ventil 12 ist zu diesem Zweck einerseits mit einer Druckquelle 13, beispielsweise einer Hochdruckleitung oder einem Hochdrucksystem bzw. einem Verdichter, und abgabeseitig mit einer ersten Druckzuleitung 9 und einer zweiten Druckzuleitung 11 verbunden. Dabei dienen die
Druckzuleitungen 9,11 dazu, Druck in einer der Kammern 7,8 aufzubauen, weswegen die erste Druckzuleitung 9 mit der ersten Kammer 7 und die zweite Druckzuleitung 11 mit der zweiten Kammer 8 verbunden ist, wobei es sich bei dem im Druckkreislauf verwendeten Medium entweder um Luft, bei einem pneumatischen Drucksystem, oder Hydrauliköl, bei einem hydraulischen Drucksystem, handelt. Das Ventil 12 wird über eine Steuereinrichtung elektromagnetisch angesteuert. Fig. la zeigt ein oben beschriebenes aktives Bremssystem, bei dem sich die Bremszange 1 mit deren Reibfläche 15 in der Ruheposition 2 befindet. Dabei ist keine der Kammern 7,8 mit Druck beaufschlagt und ein, in der zweiten Kammer 8
angeordnetes Federelement 14, in diesem Fall eine
Rückstellfeder, weist keine Vorspannung auf - die
Bremszange 1 bzw. deren Reibfläche 15 ist nicht im Eingriff mit dem Gegenpart, beispielsweise der Reibfläche einer
Bremsscheibe .
Wird nun über das Ventil 12 die erste Druckzuleitung 9 freigegeben, so erhöht sich der Druck in der ersten Kammer 7 und der Kolben 5 bewegt sich linear im Bremszylinder 6 nach links, wodurch die Reibfläche 15 der Bremszange 1 nach rechts in eine Bremsposition 3 gelangt, in der eine Schließkraft Fs auf die Bremszange 1 ausgeübt wird, wie in Fig. lb zu sehen ist. Dabei wird das Federelement 14 in der zweiten Kammer 8 vorgespannt. Die Schließkraft Fs wird, über das Hebelgesetz verstärkt, sodann über die Reibfläche 15 der Bremszange 1 in den Gegenpart, beispielweise die Reibfläche einer
Bremsscheibe, eingeleitet, wodurch die kinetische Energie sowie die Änderung der potentiellen Energie des
Schienenfahrzeuges in Reibungswärme umgewandelt wird. Wird die Druckzufuhr über die erste Druckzuleitung 9 eingestellt, so sorgt die Vorspannung des Federelementes 14 für die nötige Rückstellkraft, um den Kolben 5 bzw. die Bremszange 1 und deren Reibfläche 15 wieder in die Ruheposition 2 zu bewegen.
Aufgrund der Wärmeentwicklung und anschließenden Abkühlung, kann es nun, wie eingangs erwähnt, zu einer Vereisung der Bremszangen 1 kommen, so dass unter Umständen die gesamte Mechanik der Bremszange 1 negativ beeinflusst sein kann.
Um dieses sicherheitsrelevante Risiko zu minimieren, ist es nun möglich, über das Ventil 12 die zweite Druckzuleitung 11 freizugeben, sodass sich Druck in der zweiten Kammer 8 aufbaut und sich der Kolben 5 in die Gegenrichtung - hier nach rechts - bewegt, wodurch eine Öffnungskraft F0 auf die Bremszange 1 ausgeübt wird, wie in Fig. lc zu sehen ist.
Dadurch wird die Reibfläche 15 der Bremszange 1, vorzugsweise zwischen 2 und 6 mm, von ihrem Gegenpart, beispielsweise der Reibfläche einer Bremsscheibe, entfernt (gelangt somit in die Enteisungsposition 4, welche hier für die Reibfläche 15 links von der Ruheposition 2 liegt) und übt eine zur
Öffnungskraft F0 proportionale Kraft auf die Vereisung aus, wodurch die Vereisung zersplittert oder abbricht, ohne dass nennenswerte Wärmeenergie entsteht. Dadurch wird erreicht, dass die Bremszange 1 zu jeder Zeit voll einsatzfähig ist.
Alternative Ausführung der Erfindung
Die Figuren 2a,b,c zeigen eine alternative
Ausführungsvariante bei der anstatt eines aktiven
Bremssystems ein passives Bremssystem, wie eine
Federspeicherbremse, verwendet wird. Der grundsätzliche Aufbau der Bremssysteme ist derselbe wie bereits vorhergehend beschrieben, in der Folge wird nur auf die relevanten
Unterschiede eingegangen:
Im Gegensatz zum aktiven Bremssystem ist bei einem passiven Bremssystem in der Ruheposition 2 die zweite Kammer 8 mit Druck beaufschlagt, sodass ein in der ersten Kammer 7 angeordnetes Federelement 14 eine Vorspannung aufweist, wie in Fig. 2a zu sehen ist. Bei der vorliegenden
Ausführungsvariante ist der Bremszylinder 6 als einfach wirkender Zylinder ausgeführt, so dass nur die zweite
Kammer 8 eine Druckzuleitung 9 aufweist. Die Druckzuleitung 9 ist dabei mit einer Druckquelle 13 verbunden, wobei auch die Anordnung von Ventilen denkbar ist, z.B. ein Ventil 12 wie in Fig. la.
Wird der Druck in der zweiten Kammer 8 reduziert, so wird der Kolben 5, mittels der Federkraft des Federelementes 14 in die Bremsposition 3 bewegt, in der dieser eine Schließkraft Fs auf die Bremszange 1 ausübt. Diese Stellung ist in Fig. 2b dargestellt .
Um eine Öffnungskraft F0 zu erzeugen und den Kolben 5 bzw. die Bremszange 1 in die Enteisungsposition 4 (Fig. 2c) zu bewegen ist es notwendig, dass die Druckquelle 13 ein zweites höheres Druckniveau für die zweite Kammer 8 zur Verfügung stellen kann, als in der Ruheposition 2.
Der Vorteil eines passiven Bremssystems liegt darin, dass ein möglicher Druckverlust in der Druckquelle 13 zu einer automatischen Bewegung in die Bremsposition 3 führt. Dadurch kann ein sicheres Bremsen jederzeit gewährleistet werden. Bei einem aktiven Bremssystem hingegen führt ein Abfall des Druckes in der Druckquelle 13 bzw. in den
Druckzuleitungen 9,11 oder dem Ventil 12 zu einem Versagen der Bremsen.
Bezugszeichenliste :
1 Bremsaktuator (Bremszange)
2 Ruheposition
3 Bremsposition
4 Enteisungsposition
5 Kolben
6 Bremszylinder
7 erste Kammer
8 zweite Kammer
9 erste Druckzuleitung
10 Betätigungsvorrichtung
11 zweite Druckzuleitung
12 Ventil
13 Druckquelle
14 Federelement
15 Reibfläche des Bremsaktuators 1

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Enteisung von Bremsaktuatoren (1) eines
Schienenfahrzeuges, wobei die Bremsaktuatoren (1) aus einer Ruheposition (2), in welcher die Bremsaktuatoren (1) geöffnet sind, in eine Bremsposition (3) bewegt werden können, in welcher eine Schließkraft (Fs) auf die
Bremsaktuatoren (1) ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsaktuatoren (1) aus der Ruheposition (2) in eine Enteisungsposition (4) bewegt werden, in welcher eine der Schließkraft (Fs) entgegenwirkende Öffnungskraft (F0) auf die Bremsaktuatoren (1) ausgeübt wird, um eine
Vereisung zu lösen.
2. Verfahren zur Enteisung von Bremsaktuatoren (1) eines
Schienenfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Öffnungskraft (F0) bzw.
Schließkraft (Fs) , welche auf die Bremsaktuatoren (1) ausgeübt wird, über einen Kolben (5), welcher in einem Bremszylinder (6) geführt ist, erzeugt wird.
3. Verfahren zur Enteisung von Bremsaktuatoren (1) eines
Schienenfahrzeuges nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kolben
(5) den
Bremszylinder
(6) in zwei Kammern (7,8) unterteilt und die Öffnungskraft (F0) bzw. Schließkraft (Fs) des Kolbens (5) durch eine Änderung des Druckes in zumindest einer der Kammern (7,8) erreicht wird.
Verfahren zur Enteisung von Bremsaktuatoren (1) eines Schienenfahrzeuges nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass
- in der Ruheposition (2) ein erstes Druckniveau in einer der Kammern (7,8) vorherrscht,
- in der Bremsposition (3) ein zweites Druckniveau in derselben Kammer (7,8) vorherrscht, welches niedriger ist als das erste Druckniveau und
- in der Enteisungsposition (4) ein drittes Druckniveau in derselben Kammer (7,8) vorherrscht, welches höher ist als das erste Druckniveau.
Verfahren zur Enteisung von Bremsaktuatoren (1) eines Schienenfahrzeuges nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Druckaufbau verwendete Medium flüssig oder gasförmig ist, vorzugsweise Druckluft oder Hydrauliköl .
Verfahren zur Enteisung von Bremsaktuatoren (1) eines Schienenfahrzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der
Bremsaktuatoren (1) von der Ruheposition (2) in die
Enteisungsposition (4) in die entgegengesetzte Richtung verläuft wie die Bewegung in die Bremsposition (3) .
7. Verfahren zur Enteisung von Bremsaktuatoren (1) eines Schienenfahrzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsaktuatoren (1) um 1 bis 8 mm, vorzugsweise 2 bis 6 mm, von der
Ruheposition (2) in die Enteisungsposition (4) bewegt werden .
8. Verfahren zur Enteisung von Bremsaktuatoren (1) eines
Schienenfahrzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungskraft (F0) zwischen 20 und 50 kN, vorzugsweise zwischen 30 und 40 kN liegt .
9. Betätigungsvorrichtung (10) für ein Verfahren zur
Enteisung von Bremsaktuatoren (1) eines Schienenfahrzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit welcher die
Bremsaktuatoren (1) mittels einer Schließkraft (Fs) aus einer Ruheposition (2) in eine Bremsposition (3) bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsaktuatoren (1) mittels einer der Schließkraft (Fs) entgegenwirkenden Öffnungskraft (F0) in eine Enteisungsposition (4) bewegbar sind .
10. Betätigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der
Ruheposition (2) und der Enteisungsposition (4) der Bremsaktuatoren (1) zwischen 1 und 8 mm, vorzugsweise 2 und 6 mm, beträgt.
11. Betätigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Bremszylinder (6) und einen darin geführten Kolben (5) umfasst, wobei der Kolben (5) aus einer Ruheposition (2) in eine
Bremsposition (3) bewegbar und mit den Bremsaktuatoren (1) verbunden ist.
12. Betätigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) den Bremszylinder (6) in zwei Kammern (7,8) teilt und in der ersten Kammer (7) ein Federelement (14) und in der zweiten Kammer (8) eine erste Druckzuleitung (9) angeordnet ist, wobei das
Federelement (14) in der Enteisungsposition (4) eine höhere Vorspannung aufweist als in der Ruheposition (2) .
13. Betätigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) den Bremszylinder (6) in zwei Kammern (7,8) teilt und dass in jeder Kammer (7,8) eine entsprechende Druckzuleitung (9,11) angeordnet ist.
14. Betätigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ventil (12) vorgesehen ist, welches einerseits mit den Druckzuleitungen (9,11) verbunden und andererseits mit einer Druckquelle (13) verbindbar ist.
15. Betätigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass über ein Ventil (12), abhängig von der gewünschten Position des Kolbens (5), die
Druckzuleitungen (9,11) freigebbar und schließbar sind.
16. Betätigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bremsposition (3) des Kolbens die erste Druckzuleitung (9) freigegeben und die
zweite (11) verschlossen ist, um Druck in der ersten Kammer (7) aufzubauen und dass in der
Enteisungsposition (4) die zweite Druckzuleitung (11) freigegeben und die erste (9) verschlossen ist, um Druck in der zweiten Kammer (8) aufzubauen.
17. Betätigungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) elektromagnetisch ansteuerbar ist und dass es sich bei dem Ventil (12) vorzugsweise um ein 4 /2-Wegeventil handelt.
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