KR20110038684A - 공압 브레이크 시스템 내 브레이크 실린더에 가해지는 압력을 제어하기 위한 브레이크 장치 - Google Patents

공압 브레이크 시스템 내 브레이크 실린더에 가해지는 압력을 제어하기 위한 브레이크 장치 Download PDF

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마르크-올리버 헤어덴
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크노르-브렘제 시스테메 퓌어 쉬에넨파쩨우게 게엠베하
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Abstract

본 발명은 공압 브레이크 시스템 내 브레이크 실린더에 가해지는 압력을 제어하는 브레이크 장치에 관한 것으로서, 브레이크 장치는 밸브 하우징(3) 내에 장착되며 브레이크 압력(C)의 제어를 위한 릴레이 밸브(2)를 작동하기 위한 공압 예비 제어 유닛(1)을 포함하고, 상기 릴레이 밸브와 상기 예비 제어 유닛 사이에 배치되는 작동력 전달식 밸런싱 빔(8)은 차량의 부하 상태에 따라 카운터 베어링(10)의 이동 수단들과 협동하고, 상기 카운터 베어링(10)의 상기 이동 수단들은 높은 속도로부터 제동시, 최대 허용 점착력을 이용하는 브레이크 압력-속도-특성 곡선에 따라 상기 카운터 베어링(10)을 연속적으로 이동시킨다.

Description

공압 브레이크 시스템 내 브레이크 실린더에 가해지는 압력을 제어하기 위한 브레이크 장치 {BRAKE DEVICE FOR CONTROLLING THE PRESSURE APPLIED TO A BRAKE CYLINDER IN A PNEUMATIC BRAKING SYSTEM}
본 발명은 밸브 하우징 내에 수용되며 브레이크 압력의 제어를 위한 릴레이 밸브를 작동하기 위한 공압 예비 제어 유닛을 포함하고, 상기 릴레이 밸브와 예비 제어 유닛 사이에 배치되며 작동력을 전달하는 밸런싱 빔이 차량의 부하 상태에 따라 카운터 베어링의 이동 수단들과 협동하고, 상기 이동 수단들은 높은 속도로부터 제동, 특히 비상 제동시, 최대 허용 점착력(adhesion)을 이용하는 브레이크 압력-속도-특성 곡선에 따라 카운터 베어링을 연속적으로 이동시키는, 공압 브레이크 시스템 내 브레이크 실린더에 가해지는 압력을 제어하기 위한 브레이크 장치에 관한 것이다.
본 발명의 사용 분야는 전자 제어에 의해 브레이크 실린더 요구와 브레이크 실린더 내 브레이크 압력 사이의 전달 팩터에 부하 보정이 주어지는, 특히 철도 차량용 공압 브레이크 시스템이다. 본 발명은 또한 부하 보정 없는 차량에서도 사용될 수 있다. 차량의 부하 상태에 따라 제동하기 위해, 부하 상태를 나타내는 부하 신호가 압력 조절기를 제어하고, 상기 압력 조절기는 전자식으로 제어되는 브레이크의 전기 브레이크 압력 요구 신호에 따라 브레이크를 위한 예비 제어 압력을 발생시킨다. 브레이크는 대부분 부하 보정되고 조절 범위가 짧아진다.
DE 10 2004 024 462 A1에 제시된 기술적 해결책은, 선택 장치가 큰 예비 제어 압력에 상응하는 큰 힘을 차량의 부하 상태에 따라 조절 장치에 의해 기어비 가변 트랜스미션으로 전달하고, 상기 트랜스미션은 밸런싱 빔의 형태이고, 상기 밸런싱 빔은 릴레이 밸브를 작동시켜, 트랜스미션의 기어비에 따라 제어된 브레이크 압력이 차량의 부하 상태에 상응함으로써 전술한 기술적 단점을 없앤다.
높은 속도로부터 차량의 제동시 특별한 요구 조건이 주어질 수 있다. 철도 차량에서 높은 속도로부터 제동시 슬라이딩 방지의 해제 확률 및 브레이크 디스크 내로 에너지 도입을 낮추기 위해, 높은 속도 범위, 즉 대체로 200km/h보다 높은 범위에서 브레이크 압력이 통상적으로 감소된다. 이는 소위 하이-로우-제동이라고 한다. 더 높은 속도에서 이러한 전환은 2개의 단들에서 이루어질 수 있다. 브레이크 압력의 전환은 대체로 브레이크 시스템의 슬라이딩 방지 장치로부터 발생하는 안전 기술적으로 분명한 신호에 의해 이루어지는데, 그 이유는 슬라이딩 방지 장치가 현재 단에 따라 필요한 속도를 제공하기 때문이다.
종래 기술의 문제점은 전술한 높은 속도 범위에서 최대 브레이크 압력의 결정을 위해, 사전에 스위칭된 최대 점착력 이용을 규정하는 국제 표준에 있다. 이로써, 차량 중량을 고려해서 최대 허용 감속(negative acceleration) 및 제동력이 얻어진다. 최대 허용 이용 가능 점착력은 높은 속도 범위에 도달하면서부터 압력이 더 증가함에 따라 선형으로 감소한다.
전술했듯이, 지금까지는 브레이크 압력이 점착력 한계를 초과하지 않도록, 제동 동안 단계적으로 전환, 즉 상승한다. 이로써, 점착력 한계에 도달할 때까지 이용될 수도 있는 제동력이 손실된다.
본 발명의 과제는 전술한 브레이크 장치에서 높은 속도로부터의 제동을 위한 점착력 이용을 개선하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 전술한 브레이크 장치가 청구항 제 1 항의 특징들을 포함함으로써 해결된다. 다른 종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예를 제시한다.
본 발명은 밸런싱 빔에 의해 작동되는 릴레이 밸브를 포함한 전술한 브레이크 장치에 있어서, 상기 밸런싱 빔의 카운터 베어링의 이동이 높은 속도로부터의 제동시 최대 허용 점착력을 이용하는 브레이크 압력-속도-특성 곡선에 따라 연속적으로 이루어지는 기술적 특징을 포함한다.
본 발명에 따른 해결책의 장점은 밸브 하우징 내에 통합된 압력 제한 밸브, 및 릴레이 밸브를 포함한 공지된 브레이크 장치가 본 발명에 따른 제어에 의해 제동력의 개선된 이용에 간단하게 매칭될 수 있는 것이다. 이로써, 제동력은 사전에 규정된 한계 속도에 도달하면 단계적으로 전환되지 않고, 밸런싱 빔의 카운터 베어링의 이동이 속도에 따라 이루어져서 이용 가능한, 최대 허용 점착력에 대한 연속적인 매칭이 이루어질 수 있다. 이는 제어 기술적으로, 브레이크 압력-속도-특성 곡선에 따라 연속적으로 밸런싱 빔에서의 레버리지를 변화시킴으로써 가능하다.
바람직하게 브레이크 압력-속도-특성 곡선은 카운터 베어링의 이동 수단과 연결된 전자 제어 유닛에 저장된다. 제어 유닛은 카운터 베어링의 이동 수단들을 작동하기 위한 전기 제어 신호를 공급한다.
제 1 실시예에 따라, 카운터 베어링의 이동 수단들은 전동 구동기를 포함한 스핀들 구동기로서 형성될 수 있다. 카운터 베어링의 위치 설정을 위한 상기 전동 구동기의 제어를 위해, 바람직하게는 브레이크 시스템의 범주에서 주어진 슬라이딩 방지 장치에 의해 제공되는 속도 신호가 사용된다. 이러한 기술적 해결책의 장점은 전기 이동 기능의 고장시 메커니즘이 자각에 의해 차량의 부하 측정의 최근 상태로 유지되어 한편으로는 제동이 중지되지 않고 다른 한편으로는 대부분의 경우 초과 제동이 일어나지 않는 것이다.
제 2 실시예에 따라, 카운터 베어링의 이동 수단들이 스프링에 의해 복귀되는 공압 실린더 유닛으로서 형성될 수 있다. 이러한 대안은 구동 에너지로서 압축 공기를 필요로 하지만, 압축 공기는 공압 브레이크 시스템의 범주에서 제공되므로, 카운터 베어링의 이동 수단들이 간단하게 이용될 수 있다. 실린더 유닛에 제공하기 위해 필요한 제어 압력은 EP-컨버터 또는 아날로그 밸브에 따라 결정되고, 상기 컨버터 또는 밸브의 전기 제어는 슬라이딩 방지 장치에 의해 제공되는 속도 신호를 사용해서 이루어질 수 있다. 이러한 해결책의 장점은 제어 압력이 주어지지 않을 때 최근에 주어진 제어 압력이 실린더 유닛 내에 유지되거나 또는 카운터 베어링이 이러한 경우 복귀하는 스프링의 작용에 의해 밸런싱 빔의 최소 압력 변환 상태로 이동되므로, 필요한 안전성이 보장된다.
제 3 실시예에 따라, 카운터 베어링의 이동 수단들이 전자식으로 제어 가능한 비례 자석 방식에 따라 형성될 수 있다. 비례 자석은 아날로그 거리-전류 특성을 가진 직류 솔레노이드이고, 이로써 카운터 베어링은 전류 공급에 따라 비례 이동될 수 있다. 제어 전압이 주어지지 않을 때 통합된 복귀 스프링의 작용에 의해 카운터 베어링이 높은 끝 위치 또는 낮은 끝 위치를 가질 수 있어서 안전 기술적 요구를 충족시킨다. 카운터 베어링의 위치 설정을 위한 비례 자석의 제어를 위해 여기에도 슬라이딩 방지 장치에 의해 제공되는 속도 신호가 사용될 수 있다.
속도 신호는, 실제 속도의 브레이크 압력-속도-특성 곡선에 따라 제동 동안 최대 점착력 이용을 보장하는 각각의 브레이크 압력을 할당하는 전자 제어 유닛의 전술한 모든 실시예에 적용될 수 있다. 브레이크 압력-속도-특성 곡선은 차종 별로 실험에 의해 결정될 수 있다. 예컨대 상이한 차량 질량과 같은 다른 가변 영향 팩터들이 제동 과정에 작용하면, 영향을 주는 이러한 기준들이 브레이크 압력-속도-특성 곡선의 그룹으로 나타내질 수 있다.
카운터 베어링의 이동을 용이하기 위해, 상기 카운터 베어링은 롤러 베어링으로서 형성되어야 하고, 상기 롤러 베어링의 원주에 밸런싱 빔이 접촉된다. 접촉 점은 밸런싱 빔을 위한 무게 중심을 형성한다. 롤러 베어링은 밸브 하우징 내에 통합된 이동 블록 상에 회전 가능하게 지지되고, 상기 이동 블록은 앞에서 예로 든 카운터 베어링의 이동 수단들에 의해도 이동 가능하며, 이로써, 카운터 베어링 자체가 이동될 수 있다.
본 발명을 개선시키는 다른 개선책은 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예의 설명과 함께 하기에 제시된다.
본 발명에 따라, 브레이크 장치에서 높은 속도로부터의 제동을 위한 점착력 이용이 개선된다.
도 1은 제동 동안 최대 점착력 이용을 위한 제동력-속도-특성 곡선의 도표.
도 2는 도 1에 따라 기어비를 제어하는 브레이크 장치.
도 1에 따라, 낮은 속도에서 높은 점착력 이용이 달성되는 것과 높은 속도에서 슬라이딩 방지가 바람직하지 않게 해제되는 것을 저지하기 위해, 한계 속도(vmax > vumschalt)를 기점으로, 브레이크 실린더에 가해지는 브레이크 압력(C)이 낮은 브레이크 압력(C1)으로부터 높은 브레이크 압력(C2)으로 상승한다. 한계 속도(vumschalt)는 본 실시예에서 200km/h이다. 한계 속도 (vumschalt)에 도달 후 브레이크 압력(C)이 높은 브레이크 압력(C2)으로 단계적으로 상승하지 않고(파선) 최대 점착력 이용에 따라 상승한다. 그러한 점에서, 한계 속도(vumschalt)에 도달할 때까지 브레이크 압력(C)은 속도의 증가에 따라 선형으로 증가한다. 국제 교통의 표준은 차량의 제동 특성을 개선하기 위해 최대 점착력 이용이 이루어져야 한다고 규정한다. 이로써, 도표에 도시되듯이, 초과해서는 안되는 최대 허용 제동력이 주어짐으로써, 점착력 한계가 초과되지 않는다.
도 2는 브레이크 실린더에 가해지는 압력을 제어하기 위한 브레이크 장치에서 전술한 요건의 장치 기술적 실시를 도시한다. 브레이크 장치는 공압 예비 제어 유닛(1) 및 상기 예비 제어 유닛에 의해 작동되는 릴레이 밸브(2)를 포함하고, 이들은 동일 밸브 하우징(3) 내에 함께 수용된다.
공압 예비 제어 유닛(1)은 피스톤(4)에 의해 한정된 예비 제어 챔버(5)를 포함하고, 상기 예비 제어 챔버에는 소정의 제동 작용에 따라, 즉 제어에 따라, 보통 0 내지 3.8bar의 예비 제어 압력이 가해질 수 있다. 예비 제어 압력이 주어지지 않으면 복귀 스프링(6)에 의해 피스톤(4)이 규정된 출발 위치에 도달한다. 피스톤 로드(7)는 상기 위치를 상기 피스톤 로드와 관절형으로 연결된 밸런싱 빔(8)의 단부로 전달한다. 밸런싱 빔(8)은 예비 제어 유닛(1)에 의해 생성된 작동력을 릴레이 밸브(2)의 작동 램(9)으로 전달하고, 상기 릴레이 밸브 내에서 밸런싱 빔(8)은 카운터 베어링(10) 상의 접촉에 의해 선회될 수 있다. 릴레이 밸브(2)가 작동력에 따라 브레이크 압력(C)을 -공지된 방식으로- 제어하고, 상기 압력이 -도시되지 않은- 브레이크 실린더에 가해진다.
카운터 베어링(10)은 밸런싱 빔(8)의 종방향을 따라 이동 가능하고(2중 화살표), 이를 위해 이동 수단들이 제공된다. 카운터 베어링(10)의 이러한 이동 수단들은 본 실시예에서 간단하게 작동하는 피스톤 실린더 유닛(11)을 포함하고, 상기 피스톤 실린더 유닛은 스프링(12)에 의해 복귀된다. 피스톤 실린더 유닛(11)이 가압되면, 이동 블록(13) 상에 상대 회전 가능하게 장착된 카운터 베어링(10)이 릴레이 밸브(2)의 방향으로 이동하고 이로써 밸런싱 빔(8)의 좌측 레버 암이 짧아진다. 상기 카운터 베어링은 여기에서 롤러 베어링으로서 형성된다. 이와 달리, 피스톤 실린더 유닛(11)이 다시 해제되면, 이동 블록(13)이 복귀 스프링(12)의 힘 작용에 의해 예비 제어 유닛(1)의 방향으로 이동되어 밸런싱 빔(8)의 좌측 레버 암이 길어진다. 이로써, 예비 제어 유닛(1)에 사전에 주어진 예비 제어 압력과 상관없이 릴레이 밸브(2)의 작동력이 영향을 받을 수 있다. 이러한 영향을 받음, 즉, 피스톤 실린더 유닛(11)에 작용하는 정도는 차량의 부하 상태에 따라 이루어진다. 예컨대 큰 적재량에 의한 차량의 큰 부하는 릴레이 밸브(2)의 작동 램(9)을 위한 작은 작동력을 생성하기 위해 카운터 베어링(10)을 상응하는 정도로 좌측으로 이동시킨다. 이로써, 제동은 차량의 실제 부하 상태를 고려해서 이루어진다.
200km/h 이상의 높은 속도로부터 제동시, 카운터 베어링(10)의 이동 수단들이 도 1에 따른 최대 허용 점착력을 이용하는 브레이크 압력-속도-특성 곡선에 따라 제어된다. 브레이크 압력-속도-특성 곡선은 피스톤 실린더 유닛(11)을 위한 제어 압력을 결정하는 전자 제어 유닛(14)에 저장된다. 전자 제어 유닛(14)은 피스톤 실린더 유닛(11)의 제어를 위해 차량의 도시되지 않은 슬라이딩 방지 장치에 의해 제공되는 실제 속도 신호를 처리한다.
본 발명은 전술한 바람직한 실시예에 제한되지 않는다. 후속 청구항들의 보호 범위에 포함된 변형예도 고려될 수 있다. 또한, 카운터 베어링(10)의 이동 수단이 다르게, 예컨대 전동식으로 작동되는 스핀들 구동기 방식에 따라 형성되거나 또는 전기식으로 제어 가능한 비례 자석으로서 형성되는 것도 가능하며, 다만 이러한 대안 해결책은 구동 에너지가 주어지지 않을 때 카운터 베어링이 규정된 상태로 바뀌거나 또는 적어도 현재 위치로 유지됨으로써, 브레이크 장치의 작동 안전성을 보장해야 한다.
1 : 예비 제어 유닛
2 : 릴레이 밸브
3 : 밸브 하우징
4 : 피스톤
5 : 예비 제어 챔버
6 : 복귀 피스톤
7 : 피스톤 로드
8 : 밸런싱 빔
9 : 작동 램
10 : 카운터 베어링
11 : 피스톤 실린더 유닛
12 : 스프링
13 : 이동 블록
14 : 제어 유닛

Claims (11)

  1. 공압 브레이크 시스템 내 브레이크 실린더에 가해지는 압력을 제어하는 브레이크 장치로서, 밸브 하우징(3) 내에 수용되며 브레이크 압력(C)의 제어를 위한 릴레이 밸브(2)를 작동하기 위한 공압 예비 제어 유닛(1)을 포함하고, 상기 릴레이 밸브와 상기 예비 제어 유닛 사이에 배치되는 작동력 전달식 밸런싱 빔(8)은 카운터 베어링(10)의 이동 수단들과 협동하는, 브레이크 장치에 있어서,
    상기 카운터 베어링(10)의 상기 이동 수단들은 높은 속도로부터 제동시, 상기 최대 허용 점착력을 이용하는 브레이크 압력-속도-특성 곡선에 따라 카운터 베어링(10)을 연속적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 브레이크 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 브레이크 압력-속도-특성 곡선이 상기 카운터 베어링의 상기 이동 수단들과 연결되는 전자 제어 유닛(14)에 저장되는 것을 특징으로 하는 브레이크 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 카운터 베어링(10)의 상기 이동 수단들이 전동 구동기를 가진 스핀들 구동기로서 형성되는 것을 특징으로 하는 브레이크 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 카운터 베어링(10)의 위치 설정을 위한 상기 전동 구동기를 제어하기 위해, 슬라이딩 방지 장치에 의해 제공되는 속도 신호가 사용되는 것을 특징으로 하는 브레이크 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 카운터 베어링(10)의 상기 이동 수단들이 스프링(12)에 의해 복귀되는 공압 피스톤 실린더 유닛(11)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 브레이크 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 피스톤 실린더 유닛(11)에 제공하기 위해 필요한 제어 압력은 아날로그 밸브 또는 EP-컨버터에 의해 결정되고, 상기 밸브 및 컨버터의 전기 제어가 슬라이딩 방지 장치에 의해 제공되는 속도 신호에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 브레이크 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 카운터 베어링(10)의 상기 이동 수단들이 전기식으로 제어 가능한 비례 자석 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 브레이크 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 카운터 베어링(10)의 위치 설정을 위한 상기 비례 자석을 제어하기 위해, 슬라이딩 방지 장치에 의해 제공되는 속도 신호가 사용되는 것을 특징으로 하는 브레이크 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 밸런싱 빔(8)의 상기 카운터 베어링(10)이 롤러 베어링으로 형성되고, 상기 롤러 베어링의 원주에 상기 밸런싱 빔(8)이 접촉되고 상기 롤러 베어링은 상기 밸브 하우징(1) 내에 통합된 이동 블록(13)에 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 브레이크 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 작동 안전성을 보장하기 위해, 상기 카운터 베어링의 상기 이동 수단들은 구동 에너지가 주어지지 않을 때 규정된 상태로 바뀌거나 또는 현재 위치로 유지되는 것을 특징으로 하는 브레이크 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 전자 제어 유닛(14)이 차량의 부하 상태에 따라 상기 카운터 베어링(10)을 이동시키는 것을 특징으로 하는 브레이크 장치.
KR1020117002365A 2008-07-11 2009-07-06 공압 브레이크 시스템 내 브레이크 실린더에 가해지는 압력을 제어하기 위한 브레이크 장치 KR20110038684A (ko)

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