WO2023232324A1 - Bremssystem eines schienenfahrzeuges - Google Patents

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WO2023232324A1
WO2023232324A1 PCT/EP2023/059001 EP2023059001W WO2023232324A1 WO 2023232324 A1 WO2023232324 A1 WO 2023232324A1 EP 2023059001 W EP2023059001 W EP 2023059001W WO 2023232324 A1 WO2023232324 A1 WO 2023232324A1
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WO
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brake
vacuum generator
brake system
venturi scrubber
collecting container
Prior art date
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PCT/EP2023/059001
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English (en)
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Inventor
Martin Gohlke
Original Assignee
Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH
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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
    • F16D65/0031—Devices for retaining friction material debris, e.g. dust collectors or filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/10—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release
    • B60T13/24—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release the fluid being gaseous

Definitions

  • the invention relates to a braking system for a rail vehicle according to the preamble of claim 1.
  • DE 11 2013 005 330 T5 deals with a particle catcher with an impeller, in which the impeller is driven via a roller pressed against the brake disc or on the vehicle wheel and a negative pressure for sucking out the brake dust is generated via a suction pipe arranged on the friction contact.
  • a disadvantage of the aforementioned prior art is, among other things, the continuous operation of the suction, which leads to an increased loss of energy and a reduction in the service life of the braking system as a whole.
  • DE 10 2020 100 328 A1 proposes a brake system in which the brake dust is only extracted during a braking process.
  • the design defined therein has proven itself.
  • all known brake systems are designed in such a way that the brake dust is collected in a collecting container, which after filling has to be emptied or changed in a laborious, time-consuming and costly manner.
  • Dust filters which are provided in the known brake systems, also consume part of the flow energy actually required for suction, so that, in addition to the aforementioned disadvantages, the known brake systems do not meet the requirements.
  • the invention is based on the object of further developing a braking system of the generic type in such a way that functionality is improved.
  • the extremely small particles of brake dust are converted into larger particles, which are present as water drops with embedded brake dust particles, which enables them to be released directly into the environment without collecting the brake dust, as required in the prior art.
  • the invention can be implemented with little design and manufacturing effort because, as mentioned, on the one hand there is no need for a collecting container for the brake dust and on the other hand a Venturi washer can be used as a component known per se.
  • a suitable liquid preferably water
  • the vacuum generator can be coupled to a control device with which the application device of the brake can be controlled, as is known from DE 10 2020 100 328 A1.
  • the vacuum generator can be arranged downstream of the Venturi washer in the direction of flow of the brake dust, with the liquid container being assigned to the inlet area for the brake dust. In principle, however, it is also conceivable to arrange the vacuum generator in front of the Venturi washer in the direction of flow of the brake dust.
  • existing brake systems in particular the one known from De 10 2020 100 328 A1, can also be configured according to the invention, since only the collecting container has to be removed and the Venturi scrubber has to be installed.
  • the control device which in addition to a brake pad that can be pressed onto a brake disc or a wheel in the event of braking, has the brake system a compressed air tank coupled to a control valve connected to a main air line.
  • the vacuum generator is connected to the collecting container into which the brake dust goes directly, with suction taking place using compressed air, which is already available for the brake to function.
  • the vacuum generator can be designed as an injector, which can be produced inexpensively and can be used in any operating condition.
  • a throttle valve is arranged between the vacuum generator and the control valve, as provided according to a further idea of the invention.
  • the only figure shows a schematic representation of the braking system according to the invention.
  • the figure shows schematically a preferably electro-pneumatic braking system for a rail vehicle, such a rail vehicle usually having several cars with bogies with wheel axles.
  • Each wheel axle is assigned electro-pneumatically operated brake systems, each with a brake pad 3, which is pressed against a brake disc 2 arranged in a rotationally fixed manner on the wheel or on the wheel itself during braking, with brake dust being released by abrasion on the friction pairing.
  • a clamping device 4 is provided with which the brake pad 3 is pressed against the brake disc 2 or the wheel using compressed air.
  • a control device is provided which has a control valve 5 coupled to a main air line 7 and a compressed air tank 6.
  • the application device 4 essentially consists of a pneumatic brake cylinder with which the brake pressure is applied to the brake pad 3.
  • the control valve 5 can be controlled pneumatically and/or electronically in order to provide the desired brake pressure.
  • the brake pad 3 is assigned a collecting container 8 for collecting the brake dust generated during braking, the collecting container 8 being coupled to a vacuum generator 9 for generating a negative pressure in the collecting container 8.
  • the brake dust produced during a braking process is sucked from the brake pad 3 into the collecting container 8.
  • the brake pad 3 has a pad holder 31 and a friction lining 32 connected thereto which contacts the brake disc 2 in the event of braking.
  • the vacuum generator 9 can be controlled via the control device, preferably via the control valve 5.
  • a throttle valve 11 is arranged between the vacuum generator 9 and the control valve 5 in a pressure line 10.
  • a pipe is connected to the collecting container 8 and opens into a side opening of the vacuum generator 9.
  • a Venturi scrubber 12 is connected to the vacuum generator 9, viewed in the direction of flow of the brake dust marked with an arrow, which is open to the environment, the emission of dust grains of abrasion coated with liquid drops being illustrated by a beam of rays.
  • the Venturi washer 12 downstream of the vacuum generator 9 it is also possible to position it in front of the vacuum generator 9.

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Abstract

Bremssystem für ein Schienenfahrzeug, aufweisend mindestens einen einem Rad oder einer am Rad drehfest angeordneten Bremsscheibe (2) zugeordneten, einen Reibbelag (32) aufweisenden Bremsbelag (3), wenigstens eine Zuspanneinrichtung (4) und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Zuspanneinrichtung (4), wobei die Steuereinrichtung ein mit einer Hauptluftleitung (7) und einem Druckluftbehälter (6) gekoppeltes Steuerventil (5) aufweist, und dem mindestens einen Bremsbelag (3) wenigstens ein Auffangbehälter (8) zum Auffangen von bei einem Bremsvorgang entstehendem Bremsstaub zugeordnet ist, wobei mit dem Auffangbehälter (8) ein Unterdruckerzeuger (9) zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Auffangbehälter (8) luftoffen gekoppelt ist. Dem Unterdruckerzeuger (9) ist funktional ein Venturi-Wäscher (12) zugeordnet.

Description

Bremssystem eines Schienenfahrzeuges
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Bremssystem für ein Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Derartige Bremssysteme sind hinlänglich bekannt und beispielsweise in der DE 10 2011 113 073 B4 beschrieben.
Bei einer Bremsung des Schienenfahrzeuges, bei der ein Bremsbelag gegen eine Bremsscheibe oder ein Rad gepresst wird, entsteht durch die Reibung Abrieb in Form von Bremsstaub.
Um zu verhindern, dass dieser Bremsstaub in die Umwelt gelangt und diese belastet, ist es bekannt, den Bremsstaub abzusaugen und in einem Sammelbehälter zu deponieren.
In der DE 20 2007 000 244 U1 ist ein Bremssystem offenbart, bei dem der entstehende Bremsstaub mittels eines die Bremsscheibe und die Bremsbeläge überstreichenden Luftstroms durch ein Filterelement geführt wird, wobei der Luftstrom durch ein Venturi-Rohr erzeugt wird, das auf einer Reinraumseite des Filters angeordnet ist.
In der DE 11 2013 005 330 T5 ist ein Partikelfänger mit einem Impeller thematisiert, bei dem der Impeller über eine an der Bremsscheibe oder am Fahrzeugrad angedrückte Rolle angetrieben und ein Unterdrück zum Absaugen des Bremsstaubes über ein am Reibkontakt angeordnetes Saugrohr erzeugt wird.
Nachteilig bei dem vorgenannten Stand der Technik ist u.a. der dauerhafte Betrieb der Absaugung, was zu einem erhöhten Energieverlust sowie einer Standzeitreduzierung des Bremssystems insgesamt führt.
Um hier Abhilfe zu schaffen, ist in der DE 10 2020 100 328 A1 ein Bremssystem vorgeschlagen, bei dem die Absaugung des Bremsstaubs nur während eines Bremsvorgangs erfolgt. Prinzipiell hat sich die darin definierte Konstruktion bewährt. Alle bekannten Bremssysteme sind jedoch so konzipiert, dass der Bremsstaub in einem Sammelbehälter gesammelt wird, der nach Befüllen aufwändig, zeit- und kostenintensiv geleert oder gewechselt werden muss.
Unabhängig davon benötigt ein solcher Sammelbehälter, auch für die erforderliche Installation, einen entsprechenden Raum, was der ständigen Forderung nach einer kompakten Bauweise entgegensteht.
Da die Menge des aufgefangenen Bremsstaubs nur schwer abgeschätzt werden kann, wird der Füllstand mit entsprechenden Funktionsteilen überwacht, was naturgemäß gleichfalls mit relativ hohen Kosten sowohl in der Beschaffung wie auch im Betrieb verbunden ist.
Staubfilter, die in den bekannten Bremssystemen vorgesehen sind, verbrauchen überdies einen Teil der eigentlich für die Absaugung erforderlichen Strömungsenergie, so dass auch daraus in Addition mit den vorgenannten Nachteilen die bekannten Bremssysteme nicht den gestellten Anforderungen gerecht werdend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bremssystem der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass die Funktionsfähigkeit verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines Venturi-Wäschers erfolgt eine Umwandlung der äußerst kleinen Partikel des Bremsstaubes in größere Partikel, die als Wassertropfen vorliegen mit eingebettetem Bremsstaubpartikeln, was eine Abgabe direkt in die Umwelt ermöglicht, ohne Einsammeln des Bremsstaubes, wie beim Stand der Technik erforderlich.
Da die geringe Partikelgröße des durch Abrieb entstehenden Bremsstaubs bei unmittelbarer Entsorgung, wie beim Stand der Technik, eine Umweltgefährdung mit sich bringt, besteht diese Gefahr bei einem Bremssystem nach der Erfindung nicht mehr. Ein bisher erforderliches aufwändiges Reinigen der Abluft sowie das Sammeln und regelmäßige Entsorgen des Bremsstaubs entfällt nun, was naturgemäß auch zu einer Kostenminimierung beiträgt.
Darüber hinaus lässt sich die Erfindung mit geringem konstruktivem und fertigungstechnischem Aufwand realisieren, da, wie erwähnt, zum einen auf einen Sammelbehälter für den Bremsstaub verzichtet werden kann und zum anderen ein Venturi-Wäscher als an sich bekanntes Bauteil eingesetzt werden kann.
Zur Funktionsfähigkeit des Venturi-Wäschers ist lediglich ein Behälter für eine geringe Menge einer geeigneten Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, erforderlich, das in den Venturi-Wäscher eingesprüht wird und das den feinen Abrieb bindet, so dass dieser nicht in die Umgebung entweichen kann.
Zwar ist ein Wasserbehälter erforderlich, jedoch ist dieser hinsichtlich seiner Abmaße wesentlich kleiner als der bisher zum Einsatz kommende Sammelbehälter, so dass der erforderliche Bauraum zur Unterbringung des Bremssystems entsprechend kleiner vorgehalten werden kann.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann der Unterdruckerzeuger mit einer Steuereinrichtung gekoppelt sein, mit der die Zuspanneinrichtung der Bremse steuerbar ist, wie dies aus der DE 10 2020 100 328 A1 bekannt ist.
D.h., die Absaugung erfolgt nur dann, wenn eine Bremsung erfolgt mit entsprechendem Abrieb des Reibmaterials.
Der Unterdruckerzeuger kann in Strömungsrichtung des Bremsstaubs dem Venturi-Wäscher nachgeordnet sein, wobei der Flüssigkeitsbehälter dem Eintrittsbereich für den Bremsstaub zugeordnet ist. Prinzipiell denkbar ist allerdings auch, den Unterdruckerzeuger in Strömungsrichtung des Bremsstaubs vor dem Venturi-Wäscher anzuordnen.
Im Übrigen können auch bestehende Bremssysteme, insbesondere das aus der De 10 2020 100 328 A1 bekannte, entsprechend der Erfindung konfiguriert werden, da lediglich der Sammelbehälter zu entfernen und der Venturi- Wäscher montiert werden muss.
Die Steuereinrichtung, die neben einem Bremsbelag, der an eine Bremsscheibe oder ein Rad im Fall einer Bremsung pressbar ist, weist das Bremssystem einen Druckluftbehälter auf, der mit einem Steuerventil gekoppelt ist, das an eine Hauptluftleitung angeschlossen ist.
Der Unterdruckerzeuger ist mit dem Auffangbehälter verbunden, in den der Bremsstaub unmittelbar gelangt, wobei die Absaugung mittels Druckluft erfolgt, die zur Funktion der Bremse bereits zur Verfügung steht.
Dabei kann der Unterdruckerzeuger als Injektor ausgebildet sein, der kostengünstig herstellbar ist und in jeder Einsatzbedingung eingesetzt werden kann.
Um einen in der Hauptluftleitung bzw. dem Druckluftbehälter vorhandenen Überdruck zu reduzieren, ist zwischen dem Unterdruckerzeuger und dem Steuerventil ein Drosselventil angeordnet, wie nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Bremssystems.
Die Figur zeigt schematisch ein vorzugsweise elektropneumatisches Bremssystem für ein Schienenfahrzeug, wobei ein solches Schienenfahrzeug üblicherweise mehrere Wagen mit Drehgestellen mit Radachsen aufweist.
Jeder Radachse sind elektropneumatisch betätigte Bremssysteme zugeordnet mit jeweils einem Bremsbelag 3, der an eine am Rad drehfest angeordnete Bremsscheibe 2 oder dem Rad selbst bei einer Bremsung angepresst wird, wobei durch Abrieb an der Reibpaarung Bremsstaub freigesetzt wird.
Weiter ist eine Zuspanneinrichtung 4 vorgesehen, mit der der Bremsbelag 3 gegen die Bremsscheibe 2 oder das Rad mittels Druckluft gepresst wird. Zur Steuerung der Zuspanneinrichtung 4 ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die ein mit einer Hauptluftleitung 7 und einem Druckluftbehälter 6 gekoppeltes Steuerventil 5 aufweist.
Dabei besteht die Zuspanneinrichtung 4 im Wesentlichen aus einem pneumatischen Bremszylinder, mit dem der Bremsdruck auf den Bremsbelag 3 aufgebracht wird. Dabei kann das Steuerventil 5 pneumatisch und/oder elektronisch ansteuerbar sein, um den gewünschten Bremsdruck bereitzustellen.
Dem Bremsbelag 3 zugeordnet ist im Beispiel ein Auffangbehälter 8 zum Auffangen des bei einer Bremsung entstehendem Bremsstaubes, wobei der Auffangbehälter 8 mit einem Unterdruckerzeuger 9 zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Auffangbehälter 8 gekoppelt ist. Dadurch wird der bei einem Bremsvorgang entstehende Bremsstaub vom Bremsbelag 3 in den Auffangbehälter 8 gesaugt.
Im Übrigen weist der Bremsbelag 3 einen Belaghalter 31 und einen damit verbundenen, die Bremsscheibe 2 im Fall einer Bremsung kontaktierenden Reibbelag 32 auf.
Um zu gewährleisten, dass der Unterdruckerzeuger 9 nur dann in Funktion ist, wenn die Zuspanneinrichtung 4 zur Bremsung aktiviert ist, ist der Unterdruckerzeuger 9 über die Steuereinrichtung ansteuerbar, bevorzugt über das Steuerventil 5.
Für eine Voreinstellung des durch den Unterdruckerzeuger 9 zu erzeugenden Unterdrück ist zwischen dem Unterdruckerzeuger 9 und dem Steuerventil 5 in einer Druckleitung 10 ein Drosselventil 11 angeordnet.
Zur Erzeugung eines Sogs im Innenraum des Auffangbehälters 8 ist an dem Auffangbehälter 8 ein Rohr angeschlossen, das in eine seitliche Öffnung des Unterdruckerzeugers 9 mündet.
Erfindungsgemäß ist an den Unterdruckerzeuger 9, in die mit einem Pfeil gekennzeichnete Strömungsrichtung des Bremsstaubes gesehen, ein Venturi- Wäscher 12 angeschlossen, der zur Umgebung hin offen ist, wobei der Ausstoß von mit Flüssigkeitstropfen ummantelten Staubkörnern des Abriebs durch ein Strahlenbündel verdeutlicht ist. Anstelle der nach dem in Strömungsrichtung des Bremsstaubs dem Unterdruckerzeuger 9 nachgeordneten Anordnung des Venturi-Wäschers 12 besteht auch die Möglichkeit, diesen vor dem Unterdruckerzeuger 9 zu positionieren.
BEZUGSZEICHENLISTE
2 Bremsscheibe
3 Bremsbelag
4 Zuspanneinrichtung
5 Steuerventil
6 Druckluftbehälter
7 Hauptluftleitung
8 Auffangbehälter
9 Unterdruckerzeuger
10 Druckleitung
11 Drosselventil
12 Venturi-Wäscher
31 Belaghalter
32 Reibbelag

Claims

Ansprüche
1. Bremssystem für ein Schienenfahrzeug, aufweisend mindestens einen einem Rad oder einer am Rad drehfest angeordneten Bremsscheibe (2) zugeordneten, einen Reibbelag (32) aufweisenden Bremsbelag (3), wenigstens eine Zuspanneinrichtung (4) und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Zuspanneinrichtung (4), wobei die Steuereinrichtung ein mit einer Hauptluftleitung (7) und einem Druckluftbehälter (6) gekoppeltes Steuerventil (5) aufweist, und dem mindestens einen Bremsbelag (3) wenigstens ein Auffangbehälter (8) zum Auffangen von bei einem Bremsvorgang entstehendem Bremsstaub zugeordnet ist, wobei mit dem Auffangbehälter (8) ein Unterdruckerzeuger (9) zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Auffangbehälter (8) luftoffen gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Unterdruckerzeuger (9) funktional ein Venturi-Wäscher (12) zugeordnet ist.
2. Bremssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Venturi-Wäscher (12) in Strömungsrichtung des Bremsstaubs vor dem Unterdruckerzeuger (9) angeordnet ist.
3. Bremssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Venturi-Wäscher (12) in Strömungsrichtung des Bremsstaubs nach dem Unterdruckerzeuger (9) positioniert ist.
4. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruckerzeuger (9) gemeinsam mit der Steuereinrichtung über die Steuereinrichtung zur Steuerung der Zuspanneinrichtung (4) ansteuerbar ist.
5. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruckerzeuger (9) als Injektor ausgebildet ist.
6. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Unterdruckerzeuger (9) und dem Steuerventil (5) ein Drosselventil (11 ) angeordnet ist.
7. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Venturi-Wäscher (12) am Eingang des Bremsstaubs einen Flüssigkeitsbehälter zum Einsprühen von Flüssigkeit in den Innenraum des Venturi- Wäschers (12) aufweist.
8. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Venturi-Wäschers (12) zur Umgebung hin offen ist.
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