DE10106377A1 - Elektromechanische Bremszuspanneinrichtung - Google Patents
Elektromechanische BremszuspanneinrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremszuspanneinrichtung, insbesondere für eine Schienenfahrzeugbremse, beinhaltend: DOLLAR A a) eine Befestigungsbremseinheit (4, 6) zur Erzeugung einer lastkorrigierten und/oder schlupfgeregelten Bremskraft, DOLLAR A b) eine Speicherbremseinheit mit einem Energiespeicher (30) zum Speichern und Abgeben von Energie zum Zuspannen der Bremse, und DOLLAR A c) eine entriegelbare Verriegelungseinrichtung (32; 80) für den Energiespeicher (30). DOLLAR A Die Erfindung sieht vor, daß wenigstens eine Steuer- und Überwachungseinrichtung (48, 54) zur Überwachung der Bremsfunktion der Bremszuspanneinrichtung (1) vorgesehen ist, durch welche bei intakter Bremszuspanneinrichtung (1) ein Signal zum Verriegelthalten der Verriegelungseinrichtung (32; 80) erzeugbar und auch im Sicherheits- und/oder Feststellbremsfall die Betriebsbremseinheit (4, 6) zum Zuspannen der Bremse aktivierbar ist.
Description
Die Erfindung geht aus von einer elektromechanischen Bremszuspanneinrichtung,
insbesondere für eine Schienenfahrzeugbremse, nach der Gattung des Patentan
spruchs 1.
Im wesentlichen werden derzeit im Schienenfahrzeugbereich drei Radbremssysteme
eingesetzt: Pneumatische oder elektro-pneumatische Bremssysteme, hydraulische
oder elektrohydraulische Bremssysteme sowie mechanische oder elektromechani
sche Bremssysteme. Das Radbremssystem kann dabei als aktives oder passives
Bremssystem ausgeführt sein, je nachdem ob die Kraft des Bremsaktuators zum
Einbremsen (aktives Bremssystem) oder zum Lösen der Bremse (passives Brems
system) aufgebracht werden muß. Für den Fall von Betriebsstörungen erfolgt bei
pneumatischen Systemen eine Energiespeicherung in Druckluftbehältern, bei hyd
raulischen Systemen in Hydrobehältern und bei elektromechanischen Systemen in
Form von Speicherfedern.
Aus dem Stand der Technik sind elektromechanische Bremszuspanneinrichtungen
bekannt, welche eine Betriebsbremseinheit sowie eine Speicherbremseinheit mit
einem Energiespeicher aufweisen. Die Betriebsbremseinheit beinhaltet einen
Bremskrafterzeuger zum Zuspannen und/oder Lösen der Bremse, beispielsweise in
Form eines elektromotorischen Antriebs, welcher durch eine Regeleinrichtung zu
schlupfgeregelten oder lastkorrigierten Bremsungen ansteuerbar ist. Die Speicher
bremseinheit umfaßt mindestens einen Energiespeicher zum Speichern und Abge
ben von Energie zum Zuspannen der Bremse als betriebliche Notbremse bei einer
Sicherheitsbremsanforderung, als Park- oder Feststellbremse oder im Sinne einer
unterlegten Sicherheitsebene bei Ausfall der Betriebsbremseinheit.
Ein Kraftumsetzer sorgt für eine Umsetzung der vom Bremskrafterzeuger und/oder
vom Energiespeicher abgegebenen Energie in eine Bremszuspannbewegung und
umfaßt beispielsweise eine vom elektromotorischen Antrieb getriebene Bremsspin
del.
Zur Aktivierung des Energiespeichers ist eine auf ein Sicherheits- und/oder ein Fest
stellbremsanforderungssignal hin entriegelbare Verriegelungseinrichtung vorgese
hen. Die Speicherbremseinheit ist im allgemeinen als Federspeicherbremse ausge
bildet, wobei die Speicherfeder durch die Verriegelungseinrichtung in gespanntem
Zustand gehalten wird. Auf das Sicherheitsbremsanforderungssignal hin, welches
beispielsweise über eine Sicherheitsschleife des Schienenfahrzeugs in die Verrie
gelungseinrichtung eingesteuert wird, wird diese gelöst und die Kraft der Speicherfe
der kann mittels des Kraftumsetzers auf Bremsbacken übertragen werden.
Nachteilig ist jedoch, daß im Sicherheits- oder Feststellbremsfall bei intakter Brems
zuspanneinrichtung kein gleitschutzgeregeltes oder lastkorrigiertes Einbringen der
Bremskraft möglich ist, um auch bei Sicherheits- oder Feststellbremsungen einen
gewissen Bremskomfort zu ermöglichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine elekt
romechanische Bremszuspanneinrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiter
zu entwickeln, daß auch im Sicherheits- und/oder Feststellbremsfall gleitschutzgere
gelt und/oder lastkorrigiert gebremst werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von
Anspruch 1 gelöst.
Bei Anforderung der Sicherheits- oder Feststellbremse kann bei intakter Bremszu
spanneinrichtung mit Hilfe der Betriebsbremseinheit und mit vollem Komfort, d. h.
lastkorrigiert und schlupf- oder gleitschutzgeregelt gebremst werden. Das Einsteuern
der Bremskraft wird dabei von der Steuer- und Überwachungseinrichtung überwacht.
Diese verhindert bei korrekter Einsteuerung der Bremskraft (Bremszuspanneinrich
tung intakt) das Öffnen der Verriegelungseinrichtung und damit im Sicherheits
bremsfall den bei Auslösung der Speicherbremseinheit häufig zu beobachtenden
Bremsschlupf der Räder des Schienenfahrzeugs. Durch diese Maßnahme können
der Fahrkomfort gesteigert und die mechanischen Belastungen und der Verschleiß
des Bremssystems herabgesetzt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Wei
terbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen elektro
mechanischen Bremszuspanneinrichtung möglich.
Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme ist bei intakter Bremszu
spanneinrichtung eine Zuführung des Sicherheits- und/oder Festellbremsanforde
rungssignals zur Verriegelungseinrichtung mittels einer von der Steuer- und Überwa
chungseinrichtung ansteuerbaren Schaltvorrichtung unterbindbar und stattdessen
das Signal zum Verriegelthalten einsteuerbar.
Die Verriegelungseinrichtung ist vorzugsweise elektromagnetisch betätigbar ausge
bildet, bestromt verriegelbar und unbestromt entriegelbar, wobei das Sicherheits
bremsanforderungssignal durch einen über eine Sicherheitsschleife des Schienen
fahrzeugs einsteuerbaren stromlosen Zustand gebildet wird.
Die Schaltvorrichtung beinhaltet wenigstens ein Relais, welches die Verriegelungs
einrichtung auf das Sicherheitsbremsanforderungssignal hin und bei intakter Brems
zuspanneinrichtung mit einer Spannungsquelle verbindet. Eine Entriegelung der
Speicherbremseinheit wird dann mit einfachen Mitteln zuverlässig verhindert.
Alternativ hierzu kann die Verriegelungseinrichtung mehrere Verriegelungselemente
beinhalten, von welchen wenigstens ein Verriegelungselement zum Verriegelthalten
der Verriegelungseinrichtung ausreichend ist, wobei bei intakter Bremszuspannein
richtung von der Steuer- und Überwachungseinrichtung an dieses wenigstens eine
Verriegelungselement das Signal zum Verriegelthalten der Verriegelungseinrichtung
aussteuerbar ist.
Letzteres kann beispielsweise dadurch verwirklicht sein, daß die Verriegelungsein
richtung elektromagnetisch betätigbar ist und als Verriegelungselemente mehrere
Magnetspulen zur Erzeugung von die Verriegelungseinrichtung ver- oder entriegeln
den Magnetkräften beinhaltet, wobei die Magnetkraft wenigstens einer von der Steu
er- und Überwachungseinrichtung ansteuerbaren Magnetspule zum Verriegelthalten
der Verriegelungseinrichtung ausreichend ist. Bei Ausführung der Verriegelungsein
richtung mit einer Doppel- oder Mehrfachspule ist eine getrennte Ansteuerung der
einzelnen Spulen in voneinander getrennten Stromkreisen, beispielsweise durch die
Steuer- und Überwachungseinrichtung einerseits und durch eine Sicherheitsschleife
des Schienenfahrzeugs andererseits möglich. Bei den Magnetspulen handelt es sich
um Gleichteile, eine oder zwei zusätzliche Magnetspule(n) nehmen nur wenig mehr
Platz ein, deshalb benötigt die beschriebene Lösung wenig Bauraum und ist kosten
günstig realisierbar. Magnetspulen sind darüber hinaus unempfindlich gegenüber
Stoß- und Schwingbelastungen, ihre Lebensdauer ist zudem hoch.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform ei
ner erfindungsgemäßen Bremszuspanneinrichtung;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Verriegelungseinrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Bremszuspanneinrichtung.
Die in Fig. 1 insgesamt mit 1 bezeichnete und bevorzugte Ausführungsform einer
elektromechanischen Bremszuspanneinrichtung eines Schienenfahrzeugs beinhaltet
eine Betriebsbremseinheit mit einem Bremsaktuator 2, welcher eine von einem elekt
rischen Stellmotor 4 antreibbare Bremsspindel 6 umfaßt. Die Bremsspindel 6 ist von
einer Mutter/Spindelbaueinheit 8 umfaßt, die vorzugsweise als Wälzegewindetrieb
wie beispielsweise Kugelumlaufspindel, Rollengewindetrieb, Gewinderollenschraub
trieb oder als Planeten-Wälzgewindetrieb ausgebildet sein kann. Bei Drehungen der
Bremsspindel 6 wird daher eine Mutter 10 der Mutter/Spindelbaueinheit 8 entlang
der Bremsspindel 6 translatorisch geführt und wirkt dabei auf schwenkbar ange
lenkte Bremszangenhebel 12. Die Schwenkbewegungen der Bremszangenhebel 12
werden in im wesentlichen translatorische Bremszuspannbewegungen von Brems
belägen 14 in Richtung einer nicht dargestellten Bremsscheibenachse gewandelt.
Die Betriebsbremseinheit ist zur Erzeugung von lastkorrigierten und/oder schlupfge
regelten Bremskräften ausgebildet, wobei unter einer lastkorrigierten Bremskraft eine
im wesentlichen an das jeweils vorliegende Gewicht des Schienenfahrzeugs ange
paßte Bremskraft und unter einer schlupfgeregelten Bremskraft eine Bremskraft ver
standen werden soll, durch welche die Bremsung mit keinem oder nur wenig Rad
schlupf erfolgt. Hierzu ist eine Regeleinrichtung 16 vorgesehen, in welche mittels
einer Signalleitung 18 von einem ersten Kraftsensor 20 ein Signal für den Bremskraft-
Istwert einsteuerbar und dort mit einem Bremskraft-Sollwert zur Ermittlung einer Re
geldifferenz vergleichbar ist. Die Bremskraft-Sollwertvorgabe orientiert sich vorzugs
weise am Erreichen einer geforderten Bremskraft in möglichst kurzer Zeit.
Die Regeleinrichtung 16 steuert ein Leistungsteil 22 an, welches in Abhängigkeit der
berechneten Regeldifferenz einen Betriebsstrom für den Stellmotor 4 aussteuert,
welcher durch einen Stromsensor 24 gemessen wird, wobei ein entsprechendes
Signal über eine Signalleitung 26 an die Regeleinrichtung 16 übermittelt wird. Der
Aufbau der Bremskraft beginnt erst nach Durchlaufen eines Belagspiels. Ein Dreh
zahlsensor 28 dient als Positionssensor oder als Drehwinkelgeber für eine korrekte
Regelung des Motors durch die Regeleinrichtung 16.
Im weiteren beinhaltet die Bremszuspanneinrichtung 1 eine Speicherbremseinheit
mit einem Energiespeicher zum Speichern und Abgeben von Energie zum Zuspan
nen der Bremse im Sicherheits- oder Notbremsfall. Der Energiespeicher wird vor
zugsweise durch eine als Schraubenfeder ausgebildete, zur Bremsspindel koaxiale
Speicherfeder 30 gebildet, die in Bremslösestellung gespannt ist und sich mit ihrem
dem Stellmotor 4 zugewandten Ende an einem Gehäuse des Bremsaktuators 2 und
mit ihrem anderen Ende an einer aus Maßstabsgründen nicht dargestellten, koaxial
zur Bremsspindel 6 verschiebbaren Schiebehülse abstützt, welche auf die Brems
zangenhebel 12 wirkt und welche durch eine Verriegelungseinrichtung 32 in Löse
stellung haltbar ist.
Die Verriegelungseinrichtung 32 steht über eine elektrische Leitung 34 mit einer Si
cherheitsschleife 36 des Schienenfahrzeugs in Verbindung, an welcher durch Betäti
gung eines Notschlagknopfes oder Notbremshebels ein Sicherheitsbremsanforde
rungssignal anliegt. Der Sicherheitsschleife 36 und der Verriegelungseinrichtung 32
ist eine Schaltvorrichtung 38 zwischengeordnet, welche vorzugsweise zwei in Reihe
hintereinander geschaltete Relais, ein erstes Relais 40 und ein zweites Relais 42
umfaßt. Alternativ kann jegliche andere Art von Schaltelement verwendet werden,
beispielsweise Halbleiter, insbesondere Transistoren.
Das erste Relais 40 steht mit seinem Steuereingang 44 über eine elektrische Steu
erleitung 46 mit einer in die Regeleinrichtung 16 integrierten Steuer- und Überwa
chungseinrichtung 48 in Verbindung, der Steuereingang 50 des zweiten Relais 42 ist
mittels einer weiteren Steuerleitung 52 an eine weitere, redundante Steuer- und
Überwachungseinrichtung 54 angeschlossen, welche mit der einen Steuer- und Über
wachungseinrichtung 48 kommunizieren kann. Beide Relais 40, 42 stehen mit ihren
einen Leistungseingängen 56, 58 mit einer Spannungsquelle 60 in Verbindung, ein
weiterer Leistungseingang 62 des zweiten Relais 42 ist mit der Sicherheitsschleife
36 und dessen Ausgang 64 mit dem weiteren Leistungseingang 66 des ersten Relais
40 verbunden, von welchem ein Ausgang 68 über die elektrische Leitung 34 mit der
Verriegelungseinrichtung 32 in Verbindung steht. Beide Relais 40, 42 schalten im
unbestromtem Zustand die elektrische Leitung 34 zwischen der Verriegelungsein
richtung 32 und der Sicherheitsschleife 36 durch, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die beiden
Steuer- und Überwachungseinrichtungen 48, 54 können über elektrische Leitungen
70 Signale der Sicherheitsschleife 36 empfangen. Über eine Schnittstelle 72 gelan
gen Bremsanforderungssignale eines Bremssignalgebers zur Regeleinrichtung 16.
Über die Schnittstelle kann außerdem eine Systemdiagnose erfolgen, zudem stellt
sie eine Verbindung zu einer übergeordneten Steuerung dar.
Ein zweiter Kraftsensor 74 steht über eine Signalleitung 76 mit der redundanten
Steuer- und Überwachungseinrichtung 54 in Verbindung. Die Ausgangssignale der
beiden Kraftsensoren 20, 74 bilden als Eingangssignale für die Steuer- und Überwa
chungseinrichtungen 48, 54 und die Regeleinrichtung 16 außer für die Berechnung
der Regeldifferenz notwendige Bremskraft-Istwerte zudem Kriterien für die Funkti
onsfähigkeit der Bremszuspanneinrichtung 1. Vorzugsweise erfolgt die Funktions
prüfung der Bremszuspanneinrichtung 1 durch die beiden Steuer- und Überwa
chungseinrichtungen 48, 54 online und ständig. Anstatt die Bremskraft direkt zu
messen, können auch Sensoren zur Messung von physikalischen Größen vorgese
hen sein, aus welchen die Bremskraft ableitbar ist.
Die Verriegelungseinrichtung 32 ist vorzugsweise elektromagnetisch betätigbar aus
gebildet und umfaßt einen Verriegelungskolben 78, welcher bei bestromter Verrie
gelungseinrichtung 32 die Speicherfeder 30 in ihrer gespannten Lage verriegelt und
bei unbestromter Verriegelungseinrichtung 32 die Speicherfeder 30 entriegelt, so
daß die sich entspannende Speicherfeder 30 eine Bremszuspannbewegung der
Bremsbeläge 14 hervorrufen kann.
Der Stellmotor 4 bildet einen Bremskrafterzeuger, die weiteren Elemente des Kraft
übertragungsweges vom Stellmotor 4 bis zu den Bremsbelägen 14 bilden einen
Bremskraftumsetzer. Vor diesem Hintergrund hat die Bremszuspanneinrichtung 1
gemäß der bevorzugten Ausführungsform folgende Funktion:
In der Lösestellung des Bremsaktuators 2 ist die Speicherfeder 30 gespannt. Die beiden Relais 40, 42 befinden sich in der in Fig. 1 dargestellten Schaltstellung, in welcher die Verriegelungseinrichtung 32 mit der Sicherheitsschleife 36 elektrisch verbunden ist. Da die Sicherheitsschleife 36 im Normalbetrieb bestromt ist, befindet sich die Verriegelungseinrichtung 32 in verriegelter Stellung. Die Kraft der gespann ten Speicherfeder 30 kann dann von der Verriegelungseinrichtung 32 abgestützt werden.
In der Lösestellung des Bremsaktuators 2 ist die Speicherfeder 30 gespannt. Die beiden Relais 40, 42 befinden sich in der in Fig. 1 dargestellten Schaltstellung, in welcher die Verriegelungseinrichtung 32 mit der Sicherheitsschleife 36 elektrisch verbunden ist. Da die Sicherheitsschleife 36 im Normalbetrieb bestromt ist, befindet sich die Verriegelungseinrichtung 32 in verriegelter Stellung. Die Kraft der gespann ten Speicherfeder 30 kann dann von der Verriegelungseinrichtung 32 abgestützt werden.
Beim Übergang von der Lösestellung zur einer Betriebsbremsstellung erhält die Re
geleinrichtung 16 über ihre Schnittstelle 72 ein Bremsanforderungssignal, woraufhin
der Stellmotor 4 über den Leistungsteil 22 angetrieben wird und die Bremsspindel 6
in Drehung versetzt, wodurch sich die Mutter 10 der Mutter/Spindelbaueinheit 8 ent
lang der Bremsspindel 6 schraubt und die Bremszangenhebel 12 gespreizt werden.
Die Speicherfeder 30 ist bei der Erzeugung der Betriebsbremskraft nicht beteiligt und
verbleibt in gespanntem Zustand, da sie durch die weiterhin bestromte Verriege
lungseinrichtung 32 arretiert ist.
Bei Betätigung eines Notschlagknopfes oder eines Notbremshebels des Schienen
fahrzeugs wird in der Sicherheitsschleife 36 ein Sicherheitsbremsanforderungssignal
erzeugt, welches vorzugsweise durch eine Stromlosschaltung der Sicherheitsschleife
36 gebildet wird. Falls durch eine oder beide Steuer- und Überwachungseinrichtun
gen 48, 54 festgestellt wurde, daß die Bremszuspanneinrichtung 1 ohne Defekt ist,
beispielsweise anhand der Bremskraft-Zeit-Verläufe vorangehender Bremsungen,
werden die beiden Relais 40, 42 so umgeschaltet, daß die Verriegelungseinrichtung
32 durch die Spannungsquelle 60 bestromt wird. Infolgedessen bleibt die Verriege
lungseinrichtung 32 trotz des an der Sicherheitsschleife 36 anliegenden Sicherheits
bremsanforderungssignals verriegelt und die Speicherfeder 30 kann sich nicht ent
spannen. Das durch Stromlosschaltung der Sicherheitsschleife 36 gebildete Sicher
heitsbremsanforderungssignal wird demzufolge durch die mittels der Steuer- und
Überwachungseinrichtungen 48, 54 hergestellten Stromversorgung der Verriege
lungseinrichtung 32 überschrieben. Gleichzeitig wird durch die beiden über die Si
cherheitsschleife 36 steuereingangsseitig stromlos gesetzten Steuer- und Überwa
chungseinrichtungen 48, 54 eine Betriebsbremsung ausgelöst, bei welcher mit Hilfe
des Stellmotors 4 eine schlupfgesteuerte und/oder lastkorrigierte Bremskraft an den
Bremsbelägen 14 erzeugt wird. Falls eine der beiden Steuer- und Überwachungsein
richtungen 48, 54 ausfällt, kann deren Funktion von der jeweils anderen übernom
men werden. Insbesondere sind auch die beiden Relais 40, 42 so geschaltet, daß
bei Ausfall eines Relais 40, 42 das jeweils andere Relais 40, 42 noch für eine elektri
sche Verbindung zwischen der Verriegelungseinrichtung 32 und der Spannungs
quelle 60 sorgen kann.
Falls jedoch durch eine oder beide Steuer- und Überwachungseinrichtungen 48, 54
ein Defekt in der Bremszuspanneinrichtung 1 detektiert wird, erhalten die beiden
Relais 40, 42 von den Steuer- und Überwachungseinrichtungen 48, 54 keine Um
schaltsignale und verbleiben in ihrer in Fig. 1 gezeigten Durchschaltstellung. Auf
grund der durch Betätigung des Notschlagknopfes stromlos geschalteten Sicher
heitsschleife 36 wird auch der Verriegelungseinrichtung 32 kein Strom mehr zuge
führt, so daß sie die Speicherfeder 30 entriegelt. Die Bremsung mit der Speicher
bremseinheit erfolgt dann ohne Schlupfregelung und ohne Lastkorrektur.
In Fig. 2 ist eine Verriegelungseinrichtung 80 gemäß einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bremszuspanneinrichtung 1 gezeigt. Die restlichen Kompo
nenten der Bremszuspanneinrichtung 1 sind identisch bzw. analog den vorangehend
beschriebenen. Die folgenden Ausführungen betreffen den Aufbau der Verriege
lungseinrichtung 80.
In einem Aktuatorgehäuse 82 des Bremsaktuators 2 ist ein Ringraum 84 ausgebil
det, in welchem ein mit einer Verriegelungsmutter 86 durch eine Rutschkupplung 88
in treibender Verbindung stehendes Tellerrad 90 angeordnet ist. Die Verriegelungs
mutter 86 ist mittels eines nicht-selbsthemmendes Gewindes 92 gegenüber einer in
Richtung der Bremsspindel 6 verschieblichen Schiebehülse 94 drehbar, an welcher
sich die Speicherfeder 30 abstützt und deren translatorische Ausfahrbewegung ein
Schwenken der Bremszangenhebel 12 in Bremszuspannrichtung bewirkt. Die Verrie
gelungsvorrichtung 80 hat ein Gehäuse 96, das an einer radialen Öffnung des Ring
raumes 84 angeflanscht ist. Die Verriegelungsvorrichtung 80 umfaßt außerdem eine
Welle 98, an deren radial innerem Ende ein Kegelrad 100 und an deren gegenüber
liegendem, radial äußerem Ende eine zylindrische Schwungscheibe 102 angeordnet
ist. Das Kegelrad 100 kämmt mit der Verzahnung des Tellerrades 90 und bildet mit
diesem ein Kegelradgetriebe, welches vorzugsweise ein relativ hohes Überset
zungsverhältnis aufweist. Die Welle 98 ist im Gehäuse 96 der Verriegelungsvorrich
tung 80 durch Rillenkugellager 104 drehbar gelagert, wobei die Welle 98 senkrecht
zur Bremsspindel 6 angeordnet ist.
Die Schwungscheibe 102 hat an ihrer zur Bremsspindel 6 weisenden Stirnfläche ei
ne Ringausnehmung 106 für einen Ring 108, der koaxial zur Welle 98 angeordnet
und entlang sich in axialer Richtung erstreckenden Zapfen 110 verschieblich aufge
nommen ist, wodurch er mit der Schwungscheibe 102 drehfest verbunden ist. Der
Ring 108 weist außerdem an seiner von der Schwungscheibe 102 weg weisenden
Stirnfläche einen radial äußeren Zahnkranz 112 auf, welcher einem weiteren, sich
am Gehäuse 96 der Verriegelungseinrichtung 80 abstützenden Zahnkranz 114 ge
genüberliegt und durch die Wirkung von Druckfedern 116 von diesem weg gedrängt
ist. Dem Ring 108 liegen im weiteren mehrere, vorzugsweise zwei im Gehäuse 96
der Verriegelungseinrichtung 80 in Axialrichtung hintereinander angeordnete Mag
netspulen 118, 120 gegenüber, welche durch elektrische Anschlüsse 122 einzeln
bestrombar sind. Der Ring 108, die beiden Zahnkränze 112, 114 und die beiden
Magnetspulen 118, 120 bilden zusammen eine Magnetzahnbremse 124.
Bei wenigstens einer bestromten Magnetspule 118, 120 entstehen magnetische An
ziehungskräfte, die den Ring 108 gegen die Wirkung der Druckfedern 116 entlang
der Zapfen 110 in axialer Richtung auf die Magnetspulen 118, 120 zu bewegen, wo
durch der Zahnkranz 112 des Ringes 108 mit dem am Gehäuse 96 der Verriege
lungseinrichtung 80 gehaltenen Zahnkranz 114 in Eingriff kommt und somit eine
drehfeste Verbindung mit diesem eingeht. Dann kann ein von der Speicherfeder 30
auf die Schiebehülse 94 wirkendes, über die Verriegelungsmutter 86 und das Teller
rad 90 in die Verriegelungsvorrichtung 80 eingeleitetes Drehmoment am Gehäuse 96
der Verriegelungsvorrichtung 80 abgestützt werden, wobei der Kraftfluß durch das
Kegelrad 100, die Welle 98 und die Schwungscheibe 102 läuft. Die Magnetspulen
118, 120 wirken magnetisch gleichsinnig und sind so ausgelegt, daß die Magnetkraft
einer einzigen Magnetspule 118, 120 ausreicht, um die Magnetzahnbremse 124 ge
schlossen zu halten.
Die vom Ring 108 weiter entfernt liegende Magnetspule 120 steht über die An
schlüsse 122 mit den in Fig. 1 gezeigten Steuer- und Überwachungseinrichtungen
48, 54 in elektrisch leitender Verbindung und erhält von dieser Strom, während die
dem Ring 108 näher gelegene Magnetspule 118 an die Sicherheitsschleife 36 ange
schlossen ist. Alternativ ist auch eine umgekehrte Zuordnung möglich. Das bedeutet,
daß die Magnetspule 118 im Falle der Stromlosschaltung der Sicherheitsschleife 36
bei einer Sicherheitsbremsung keinen Strom erhält und demzufolge auch keine
Magnetkräfte zum Sperren der Magnetzahnbremse 124 erzeugt. Jedoch wird bei
intakter Bremszuspanneinrichtung das durch Stromlosschaltung erzeugte Si
cherheitsbrems-anforderungssignal überschrieben, indem die andere Magnetspule
120 durch die Steuer- und Überwachungseinrichtungen 48, 54 weiterhin unter Strom
gesetzt bleibt, wobei die hierdurch gebildeten Magnetkräfte ausreichen, um die Mag
netzahnbremse 124 und damit die Verriegelungseinrichtung 80 weiterhin verriegelt
zu halten, so daß sich die Speicherfeder 30 nicht entspannen kann. Die Sicherheits
bremskraft wird dann in diesem Fall wie bei einer Betriebsbremsung durch den von
der Regeleinrichtung 16 geregelten Stellmotor 4 erzeugt.
Zusätzlich oder alternativ wird bei intakter Bremszuspanneinrichtung 1 wenigstens
eine der Magnetspulen der Magnetzahnbremse 124 durch die Steuer- und Überwa
chungseinrichtungen 48, 54 bestromt oder bleibt durch diese in bestromtem Zustand,
wenn eine andere Magnetspule bei Vorliegen eines Feststellbremsanforderungssig
nals stromlos geschaltet wird. Die Feststellbremskraft wird dann auch in diesem Fall
wie bei einer Betriebsbremsung durch den von der Regeleinrichtung 16 geregelten
Stellmotor 4 erzeugt.
Um eine Verringerung der Verlustleistung zu erreichen, wird die von den Steuer- und
Überwachungseinrichtungen 48, 54 angesteuerte Magnetspule 120 mit einem Halte
strom betrieben, der gerade groß genug ist, um die Magnetzahnbremse 124 ge
schlossen zu halten. Damit wird sowohl die Stromaufnahme als auch die innere Er
wärmung der Bremszuspanneinrichtung 1 reduziert.
Falls jedoch die Bremszuspanneinrichtung 1 einen Defekt aufweist, wird auch die
Magnetspule 120 stromlos geschaltet, so daß der Zahnkranz 112 des Ringes 108
durch die Wirkung der Druckfedern 116 mit dem am Gehäuse 96 der Verriegelungs
vorrichtung 80 gehaltenen Zahnkranz 114 außer Eingriff kommt und infolgedessen
sich das Tellerrad 90 zusammen mit dem Kegelrad 100, der Welle 98 und der
Schwungscheibe 102 gegenüber dem Gehäuse 96 der Verriegelungsvorrichtung 80
frei drehen kann. Folglich kann sich die Verriegelungsmutter 86 entlang des nicht
selbsthemmenden Gewindes 92 auf der Schiebehülse 94 drehen, welche durch die
Speicherfeder 30 in Bremszuspannstellung gedrängt wird. Wie bei der vorangehend
beschriebenen Ausführungsform erfolgt die durch die Speicherfeder 30 ausgelöste
Sicherheitsbremsung ohne Schlupfregelung und ohne Lastkorrektur.
Die Schwungscheibe 102, der Ring 108, die Welle 98 und das Kegelrad 100 bilden
zusammen eine senkrecht zur Bremsspindel 6 drehbare und bezogen auf die
Rutschkupplung 88 jenseits der Verriegelungsmutter 86 angeordnete Schwungmas
se 126, wobei der Anteil der Schwungscheibe 102 am Massenträgheitsmoment der
Schwungmasse 126 aufgrund Ihres Radius am größten ist. Während der Bremszu
spannbewegung wird die Rotation der Verriegelungsmutter 86 über das Kegelradge
triebe 90, 100 in eine mit höherer Drehzahl stattfindende Drehung der Schwungmas
se 126 übersetzt, so daß ein großer Teil der potentiellen Energie der sich entspan
nenden Speicherfeder 30 in Rotationsenergie umgewandelt wird.
Mit Erreichen der Bremsstellung stoppt die Rotation der Verriegelungsmutter 86. Die
Rutschkupplung 88 zwischen Verriegelungsmutter 86 und Tellerrad 90 ist derart
ausgelegt, daß das obere Grenzdrehmoment, ab dem eine Relativdrehung zwischen
Stirnverzahnungen 128 von Tellerrad 90 und Verriegelungsmutter 86 stattfinden
kann, durch das Drehmoment aus dem Produkt des Massenträgheitsmoments der
Schwungmasse 126 und der nach Durchlaufen des Brems-anlegehubes vorhande
nen Verzögerung in Bremsendstellung überschritten wird, so daß die Schwungmas
se 126 nach Erreichen der Bremsendstellung zunächst weiterdrehen kann und im
wesentlichen durch die zwischen den Stirnverzahnungen 128 von Tellerrad 90 und
Verriegelungsmutter 86 stattfindenden Reibung langsam zum Stillstand gebracht
wird. Hierdurch kann ein allmählicher Abbau der in der Schwungmasse 126 gespei
cherten Rotationsenergie stattfinden.
Zum Einlegen der Feststell- oder Parkbremse mit Hilfe der Speicherbremseinheit
können sämtliche Magnetspulen 118, 120 durch geeignete Maßnahmen stromlos
geschaltet werden, um die Verriegelungseinrichtung 80 zu lösen. Alternativ kann
durch Umkehr des Stromflusses in einer oder in beiden Magnetspulen 118, 120 die
Richtung der Magnetkräfte invertiert und damit die Magnetzahnbremse 124 geöffnet
werden. Darüber hinaus kann eine weitere Magnetspule eingesetzt werden, die di
rekt über eine der Parkbremse zugeordnete Steuerleitung bestrombar ist und Mag
netkräfte erzeugt, welche den Magnetkräften der beiden Magnetspulen 118, 120
entgegenwirken.
1
Bremszuspanneinrichtung
2
Bremsaktuator
4
Stellmotor
6
Bremsspindel
8
Mutter/Spindelbaueinheit
10
Mutter
12
Bremszangenhebel
14
Bremsbeläge
16
Regeleinrichtung
18
Signalleitung
20
Kraftsensor
22
Leistungsteil
24
Stromsensor
26
Signalleitung
28
Drehzahlsensor
30
Speicherfeder
32
Verriegelungseinrichtung
34
elektrische Leitung
36
Sicherheitsschleife
38
Schaltvorrichtung
40
Relais
42
Relais
44
Steuereingang
46
Steuerleitung
48
Steuer- und Überwachungseinrichtung
50
Steuereingang
52
Steuerleitung
54
redundante Steuer- und Überwachungseinrichtung
56
Leistungseingang
58
Leistungseingang
60
Spannungsquelle
62
Leistungseingang
64
Ausgang
66
Leistungseingang
68
Ausgang
70
elektrische Leitung
72
Schnittstelle
74
Kraftsensor
76
Signalleitung
78
Verriegelungskolben
80
Verriegelungseinrichtung
82
Aktuatorgehäuse
84
Ringraum
86
Verriegelungsmutter
88
Rutschkupplung
90
Tellerrad
92
nicht-selbsthemmendes Gewinde
94
Schiebehülse
96
Gehäuse Verriegelungseinrichtung
98
Welle
100
Kegelrad
102
Schwungscheibe
104
Rillenkugellager
106
Ringausnehmung
108
Ring
110
Zapfen
112
Zahnkranz
114
Zahnkranz
116
Druckfedern
118
Magnetspule
120
Magnetspule
122
elektrischer Anschluß
124
Magnetzahnbremse
126
Schwungmasse
128
Stirnverzahnungen
Claims (12)
1. Elektromechanische Bremszuspanneinrichtung, insbesondere für eine
Schienenfahrzeugbremse, beinhaltend
- a) Eine Betriebsbremseinheit (4, 6) zur Erzeugung einer lastkorrigierten und/oder schlupfgeregelten Bremskraft,
- b) eine Speicherbremseinheit mit einem Energiespeicher (30) zum Speichern und Abgeben von Energie zum Zuspannen der Bremse, und
- c) eine entriegelbare Verriegelungseinrichtung (32; 80) für den Ener giespeicher (30),
2. Elektromechanische Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß bei intakter Bremszuspanneinrichtung (1) Signale zum
Verriegelthalten ständig an der Verriegelungseinrichtung (32; 80) anliegen und ein
eventuell zum Entriegeln der Verriegelungseinrichtung (32; 80) erzeugtes Si
cherheits- und/oder Feststellbremsanforderungssignal überschreiben.
3. Elektromechanische Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß bei intakter Bremszuspanneinrichtung (1) eine Zufüh
rung eines Sicherheits- und/oder Festellbremsanforderungssignals zur Verriege
lungseinrichtung (32) mittels einer von der Steuer- und Überwachungseinrichtung
(48) ansteuerbaren Schaltvorrichtung (38) unterbindbar und stattdessen das Signal
zum Verriegelthalten einsteuerbar ist.
4. Elektromechanische Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 2 oder
3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung (32) elektromagne
tisch betätigbar ausgebildet, bestromt verriegelbar und unbestromt entriegelbar ist,
wobei das Sicherheitsbremsanforderungssignal durch einen über eine Sicherheits
schleife (36) des Schienenfahrzeugs einsteuerbaren stromlosen Zustand gebildet
wird.
5. Elektromechanische Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 3 oder
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (38) wenigstens ein Relais
(40, 42) beinhaltet, welches die Verriegelungseinrichtung (32) auf das Sicherheits
bremsanforderungssignal hin und bei intakter Bremszuspanneinrichtung (1) mit einer
Spannungsquelle (60) verbindet.
6. Elektromechanische Bremszuspanneinrichtung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung
(80) mehrere Verriegelungselemente (118, 120) beinhaltet, von welchen wenigstens
ein Verriegelungselement (120) zum Verriegelthalten der Verriegelungseinrichtung
(80) ausreichend ist, wobei bei intakter Bremszuspanneinrichtung (1) von der Steuer-
und Überwachungseinrichtung (48) an dieses wenigstens eine Verriegelungselement
(120) das Signal zum Verriegelthalten der Verriegelungseinrichtung (80) aussteuer
bar ist.
7. Elektromechanische Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 6, da
durch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung (80) elektromagnetisch
betätigbar ist und als Verriegelungselemente mehrere Magnetspulen (118, 120) zur
Erzeugung von die Verriegelungseinrichtung (80) ver- oder entriegelnden Magnet
kräften beinhaltet, wobei die Magnetkraft wenigstens einer von der Steuer- und
Überwachungseinrichtung (48) ansteuerbaren Magnetspule (120) zum Verriegelthal
ten der Verriegelungseinrichtung (80) ausreichend ist.
8. Elektromechanische Bremszuspanneinrichtung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Überwa
chungseinrichtung (48) in eine Regeleinrichtung (16) zur Schlupfregelung und/oder
Lastkorrektur der von der Betriebsbremseinheit (4, 6) erzeugten Bremskraft integriert
ist.
9. Elektromechanische Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 8, da
durch gekennzeichnet, daß die Bremskraft vorzugsweise hinsichtlich Betrag und
Wirkungsdauer von der Steuer- und Überwachungseinrichtung (48) ständig über
wacht ist.
10. Elektromechanische Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 9, da
durch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (16) mit einem Sensor zur Mes
sung von physikalischen Größen, aus denen die von der Betriebsbremseinheit (4, 6)
erzeugte Bremskraft ableitbar ist, in Verbindung steht, vorzugsweise mit einem
Kraftsensor (20).
11. Elektro-mechanische Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des wenigstens einen Sensors
(20) zugleich als Eingangssignal für die Steuer- und Überwachungseinrichtung (48)
ein Kriterium für die Funktionsfähigkeit der Bremszuspanneinrichtung (1) bildet.
12. Elektro-mechanische Bremszuspanneinrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere, redundante Steuer- und Überwa
chungseinrichtung (54) vorgesehen ist.
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