DE3010335C2 - Arbeitsverfahren für eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung insbesondere bei Schienenfahrzeugen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Arbeitsverfahren für eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung insbesondere bei Schienenfahrzeugen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Description

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren für eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung insbesondere bei Schienenfahrzeugen, bei welchem durch einen regelbaren Elektromotor mindestens mittelbar ein Fr:de; speicher gespannt wird und zur Offenhaltung einer Bremse der Federspeicher im gespannten Zustand gehalten wird, wobei bei Einleitung und Durchführung des Bremshubes eine am Elektromotor anliegende, dem Federspeicherdruck entgegenwirkende elektrische Spannung über den Bremshub auf höchstens Null verringert wird und wobei der sich entspannende Federspeicher über ein Bremsgestänge die Bremse durch Anlegen der Bremsbacken schließt.
Das vorbeschriebene Arbeitsverfahren dieser Gattung ist durch die DE-AN B 422 ll/20f bekanntgeworden. Bei dem bekannten Arbeitsverfahren wird die elektrische Spannung, welche das dem Federspeicherdruck entgegenwirkende Drehmoment erzeugt, über den jeweiligen Bremshub bis auf Null verringert. Der eingestellte Federspeicherdruck wird hierbei voll wirksam. Bedingt durch den Bremsbackenverschleiß wird der Bremshub mittels einer mechanischen Nachstellvorrichtung entlang der Federkennlinie des Federspeichers verlagert. Zur Konstanthaltung des Bremsdrucks ist der DE-AN B 4221 l/20f nur ein wenig konkreter Hinweis auf ein den Bremsdruck kompensierendes Gestänge zu entnehmen.
Ausgehend vom eingangs beschriebenen bekannten Arbeitsverfahren dieser Gattung (DE-AN B 422 II/20Q, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein solches Arbeitsverfahren so zu verbessern, daß eine bauaufwendige, verschleißbehaftete, raumbeanspruchende und besonders wartungsbedürftige Nachstellvorrichtung entfallen kann Hierbei soll durch Anwendung des erfindungsgemäßen Arbeitsverfahrens ein sehr feinfühliger, stetiger Ausgleich des Bremsbackenverschleißes infolge Fehlens jeglicher mechanischer Verstellimpulse bei Aufrechterhaltung eines unveränderten Bremsdrucks erzielt werden.
Entsprechend der Erfindung wurde diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die am Elektromotor anliegende Spannung über den gesamten Nutzhub des Federspeichers, ausgehend von einem Höchstwert bei neuen Bremsbacken, bis zu einem Mindestwert bei fast verschlissenen Bremsbacken, verringert wird, wobei
diese Spannung derart bemessen wird, daß sie einen gegenüber dem verfügbaren Federdruck herabgesetzten, stets gleichbleibenden aber einstellbaren, in seiner Höhe begrenzten höchsten Betriebsbremsdruck zuläßt
Im Unierschied zum Arbeitsverfahren gemäß der DE-AN B 422 11/2Of wird entsprechend der Erfindung während der gesamten Lebensdauer tines Bremsbelages, und zwar über den gesamten Nutzhub des Federspeichers, die das Drehmoment erzeugende elektrische Spannung verringert. Die Spannung wird aber mit einem bestimmten Betrag aufrecht erhalten, derart, daß ein höchster Betriebsbremsdruck nicht überschritten wird. Durch diese Anordnung wird eine gesonderte Nachstellung hinfällig. Außerdem verbleibt ein zusätzlicher Federweg, welcher bei einer Notbremsung oder zum Feststellen des Fahrzeugs verwendet werden kann. Durch Erhöhung der elektrischen Spannung kann schließlich der gesamte Federweg durchfahren und ein leichtes Auswechseln verschlissener Bremsbeläge vorgenommen werden.
Durch die DE-AN B 422 Il/20f ist eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung mit einem Federspeicherbremszylinder und einem regelbaren Elektromotor, mittels welchem unter Zwischenschaltung eines Getriebes der Federspeicher spannbar ist, der bei spannungslosem Elektromotor über ein Bremsgestänge die Bremse betätigt, bekannt geworden. Außerdem sind Federspeicherbremszylinder, die über einen Kugelgewindetrieb elektromotorisch betätigt werden, durch die eigene DE-PS 15 84 136 bekannt. Ausgehend von der lOkannten elektromotorischen Bremsbetätigungsvorrichtung (DE-AN B 422II/20F), liegt der Erfindung außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Bremsbetätigungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen. Diese Aufgabe wurde entsprechend der Erfindung dadurch gelöst, daß das Drehmoment des Elektromotors bis zu seinem Stillstand veränderbar ist, daß die Linearbewegung eines Schub-Zugrohres des Kugelgewindetriebs auf einen Schleifer eines ersten Potentiometers übertragen wird, wobei der Schleifer des ersten Potentiometers den Schleifer eines zweiten Potentiometers nach Überschreiten eines vorgegebenen Bremshubes über einen Mitnehmer mitschleppt und daß beide Potentiometer mit ihren Schleifern eine Wheatstone'sche Brücke bilden, welche bei Abgleich ein Signal zum Abschalten des Elektromotors und Einschalten seiner Haltebremse erzeugt Eine Wheatstone'sche Brücke an sich wird selbstverständlich als bekannt unterstellt (z. B. »BROCKHAUS-ENZYKLOPÄDIE«, 1971, Bd. 12, S. 443).
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus zusätzlichen Unteransprüchen.
Die Wirkungsweise und der konstruktive Aufbau des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend in den Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert:
F i g. 1 zeigt in einem Schnittbild den Aufbau einer elektromotorischen Bremsbetätigungsvorrichtung mit ihren wesentlichen mechanischen und elektrischen Teilen;
Fig.2 zeigt die Kraft-Weg-Kennlinie eines Federspeichers und den gleichbleibenden Bremshub- und Löseweg entlang dieser Kennlinie bei verschließenden Bremsbacken, wie er sich aus einem elektrisch gesteuerten Brems- und Lösevorgang in Anlehnung an Fi g. 1 ergibt;
Fig. 3 zeigt den praktischen Zusammenbau der
beiden Potentiometer, die Ober ein Untersetzungsgetriebe von dem hinteren freien Wellenende des Motors verdreht werden.
In F i g. 1 ist mit 1 ein Elektromotor bezeichnet, vorzugsweise ein Gleichstromhauptschlußmotor von z. B. 24 Volt Betriebsspannung. Die Welle dieses Motors ist mit einem Kugelgewindetrieb 2, 3 mit einer Gewindespindel 2 und einer Mutter 3 gekuppelt. Die Mutter 3 ist kraft- und formschlüssig in einem Federteller 4 untergebracht der sich in einem Schubzugrohr 7 fortsetzt, dessen Auge 8 mit einem nur schematisch im Verhältnis verkleinert dargestellten Bremsgestänge 19 verbunden ist, dessen Bremsbacken 20 auf eine ebenfalls nur schematisch dargestellte Bremsscheibe 21 auf einer Achse 22 einwirken können. Das Schubzugrohr 7 wird durch die Feder 23 nach außen aus dein Gehäuse 6 gedruckt. Der Motor 1 dagegen drückt die Feder 23 über den Kugelgewindetrieb 2,3 zusammen und zieht das Schubzugrohr 7 in das Gehäuse 6 zurück. Der Federspeicher insgesamt ist mit der Bezugsziffer 5 bezeichnet.
In der F i g. 2 ist der Federweg 5=0 die Stellung des maximal gespannten Federspeichers 5 so, wie auch in F i g. 1 in Ausgangslage gezeichnet ist. In dieser Stellung des Federspeichers 5 sind die Bremsbacken 20 gelöst, der Motor 1 ist spannungslos, und die in den Motor eingebaute oder an seine Welle angebaute Elektromagnetbremse 18 liegt an Spannung und verhindert eine Ausdehnung des Federspeichers 5, weil der Kugelgewindetrieb 2, 3 durch die Elektromagnetbremse 18 an einer Drehung gehindert wird.
Die Schleifer 11 und 12 der beiden Potentiometer 9 und 10, nämlich eines ersten Potentiometers 9 und eines zweiten Potentiometers 10, stehen auf gleicher Höhe, wie in F i g. 1 für die Ausgangsposition bei neuen Bremsbacken 20 in durchgezogener Zeichnungsdarstellung kenntlich gemacht ist. Die von den beiden Potentiometern 9 und 10 gebildete Wheatstone'sche Brücke ist über die Schleifer 11, 12 abgeglichen. Die Spannung zwischen den Eingangsklemmen K\ und /G ist Null und über die in dem Schaltgehäuse 14 befindliche Steuerung ist der Motor 1 deshalb abgeschaltet, während die Elektromagnetbremse 18 eingeschaltet ist. Die Bremse 20 ist gelöst, das nicht dargestellte Fahrzeug fährt. Zur Einleitung des Bremshubes erhält das Schaltgehäuse 14 über die Klemme Ki einen elektrischen Bremsimpuls, der die Elektromagnetbremse 18 des Motors 1 lüftet.
Die Feder 23 drückt daraufhin den Federteller 4 auswärts, weil der Kugelgewindetrieb 2, 3 samt Rotor des Motors 1 nicht mehr an einer Drehung gehindert ist und infolge des hohen Wirkungsgrades im Kugelgewindetrieb den Weg des Federtellers 4 nach außen nicht behindert.
Durch den Federteller 4 in F i g. 1 wird der Schleifer 11 des ersten Potentiometers 9 mitgenommen; die mit Eb bezeichnete Spannung am ersten Potentiometer 9 verkleinert sich proportional zum Weg des Federtellers 4, gleich dem Bremshub Bw-
Die Bremsspannung Eb gemäß F i g. 1 wird über einen hochohmigen Widerstand 16 an die Klemmen Ks, Ke eines Verstärkers 15 bekannter Bauart gelegt. Der Widerstand 16 ist so hoch gewählt, daß er den Abgleich der r'oderohmigeren Brückenschaltung 9, 10 praktisch nicht stört.
Von den Ausgangsklemmen Ki, K8 des Verstärkers 15 wird nunmehr der Motor 1 über das Schaltgehäuse 14 an eine der Spannung Eg proportionale Gleichspannung
gelegt und entwickelt während des Bremshubes S = Bw von 10mm (Fig. 1 und 2) ein Drehmoment, das über den Kugelgewindetrieb 2, 3 in eine der Kraft des Federspeichers 5 entgegenwirkende Kraft umgewandelt wird. Die nach außen auf das Auge 8 wirkende Kraft wird daher, wie aus F i g. 2 zu erkennen ist, von Po = 450 daN durch die Spannung Eb. die am ersten Potetniometer 9 von z. B. 8 Volt auf 6 Volt sinkt, auf Pe = 200 daN reduziert.
Zum besseren Verständnis der F i g. 2 muß gesagt werden, daß die linke P-Ordinate und die rechte £fl-Ordinate korrelieren,
d. h. Pt- = 200 daN unterhalb P\ wird durch £ B = 6 Volt erreicht,
Pe = 200 daN unterhalb Pn + , wird durch EB- = 2,2 Volt erreicht und
PE = 200 daN unterhalbfV- ; wird durch EB = 1 Volt erreicht.
Demzufolge bleiben die Beschleunigungs- und Verzögerungswerte für den Bremshub praktisch über den gesamten nutzbaren Weg des Federspeichers 5 konstant, was sehr wesentlich ist.
Da F i g. 2 keinen Zeitmaßstab enthält, sei vermerkt, wie auch später eingehend erläutert, daß der Abfall von Po nach Pe bzw. Pn nach Pe oder Pe - ι nicht linear mit dem zeitlichen Bremshub Bw verlaufen muß. F i g. 2 stellt lediglich die Absenkung der Bremskraft auf den Schließdruck Pe nach durchlaufenem Bremshub dar. Die gleiche Feststellung gilt für den Verlauf P\ gegen P0 bzw. Pn + /gegen Pn und Zugegen Pe- u
Durch das von EB gesteuerte Drehmoment des Motors 1 wird die Geschwindigkeit des Bremshubes gleichzeitig günstig beeinflußt, d. h. der Federspeicher 5 arbeitet nicht schlagartig, sondern fährt mit gesteuerter Geschwindigkeit, d. h. in der Regel weich, in die Bremsstellung. Durch entsprechenden Schaltungsaufbau des Verstärkers 15 kann diese Geschwindigkeit beliebigen Anforderungen, z. B. bei sich ändernden Wagengewichten, angepaßt werden.
Der Verstärker 15 ist mit einem zusätzlichen Überwachungsglied, z. B. Drehzahlüberwachungs- und Abschaltvorrichtung gemäß DE-PS 22 09 001 ausgerüstet, das nach durchlaufenem Bremshub, nachdem also die Bremsbacken 20 mit 200 daN angepreßt werden und das Fahrzeug zum Stillstand gelangt ist, die Spannung Eb abschaltet Der Motor 1 wird daraufhin stromlos; seine eingebaute Magnetbremse 18 bleibt ebenfalls stromlos, d. h. offen. Im Stillstand des Fahrzeuges bei aufgelegter Bremse wird dadurch die höhere Brems-κι ai ι r; dzw. r„ + ;(r ι g. i) wii loam.
Soll die Bremse gelöst werden, erhält das Schaltgehäuse 14 über die Klemme Ka, den Impuls »Lüften«, wodurch der Motor 1 seine volle Betriebsspannung von 24 Volt erhält und den Federteller 4 wieder in seine Ausgangslage, d. h. von P\ nach P0 bzw. von Pn + ι nach Pn (F i g. 2) fährt Nach Beendigung dieses Hubes sind die beiden Potentiometer 9 und 10 (F i g. 1) dann wieder abgeglichen; der Motor 1 wird daher von der Steuerung im Schaltergehäuse 14 abgeschaltet und seine Elektromagnetbremse 18 eingeschaltet. Das Fahrzeug kann wieder fahren.
Nicht unerwähnt bleiben soll noch die Möglichkeit, mittels geeigneter Steuerimpulse die Bremskraft zwi- -. sehen Pt = 200 daN und P, in F i g. 2 bei aufliegenden bzw. angelegten Bremsbacken 20 durch Regeln der an dem Motor 1 anliegenden Spannung Eb zwischen 6 und 8 Volt willkürlich verändern zu können. Das bedeutet, daß die Federspeicherbremse nach der vorliegenden in Erfindung nicht nur als Sicherheits- und Haltebremse, sondern gleichzeitig auch als Regelbremse und als Notbremse verwendet werden kann. Der selbsttätige Ausgleich des Bremsbackenverschleißes ist nach der bisher erläuterten Wirkungsweise leicht verständlich: I") Der Schleifer 11 des ersten Potentiometers 9 fährt entsprechend dem Verschleiß tiefer und nimmt über den Mitnehmer 13 den Schleifer 12 des zweiten Potentiometers 10 um den gleichen Weg mit. Beim Bremslösevorgang wird das Gleichgewicht der Wheatstone'schen Brücke dann um diese Verschleißspanne eher erreicht, d. h. der Federteller 4 kommt früher zum Stillstand.
In Fig.2 sind zur Verdeutlichung eine Mittelstellung Pn: Pn + ι und die Endstellung Pe: Pe - ι dargestellt, bei der die Bremsbacken 20 erneuert werden müssen und 2Ί das zweite Potentiometer 10 wieder in die Po-Lage verstellt werden muß. In Fig. 1 sind nur die Stellungen Pi, Pn + ι und Pe mit den zugehörigen Stellungen der Schleifer 11 und 12 gestrichelt dargestellt.
Im Verlaufe einer Lebensdauer der Bremsbacken 20 JO verschiebt sich also der Bremshub Bw auf der Spindel 2, das bedeutet, daß der Motor 1 seine größte Leistung bei erneuerten Bremsbacken 20 erbringen muß und daß diese danach stetig absinkt.
Eine interessante Abwandlung ergibt sich im übrigen dann, wenn statt des zweiten Potentiometers 10 nur ein fester Widerstand verwendet wird. Der Schleifer 12 und der Mitnehmer 13 enfallen hierbei. Der Schleifer 11 bildet dann mit dem jetzt festen Abgriff anstelle des Schleifers 12 eine Wheatstone'sche Brücke, die immer nur dann abgeglichen ist wenn der Federteller 4 in seine oberste Lage P0 zurückfährt Dies bedeutet, daß unter Beibehaltung aller übrigen vorbeschriebenen Steuer-und Regelvorgänge der volle Federweg S nach F i g. 1 und 2 mit gleichbleibend wirkender Kraft Pe durchfahren wird, obgleich die Federkraft von P0 auf Pf absinkt
Das Aufslösungsvermögen der Potentiometer 9 und 10 (Fig.3) in Verbindung mit der Konstanz des Verstärkers 15 bestimmt die Ansprechempfindlichkeit so auf den Bremsbackenverschleiß. Versuche haben ergeben, daß die Ansprechempfindlichkeit unter Verwendung handelsüblicher Teile den praktischen Anforderungen genügt
Es ist auch möglich, durch ein nichtlineares erstes Potentiometer 9 die Kraft über die nichtlineare Änderung von Eb ebenfalls nicht linear zu ändern.
Ergänzend bleibt noch zu erwähnen, daß zwischen einem den Schleifer 11 antreibenden Wellenabschnitt gemäß F i g. 3 und einem hinteren Wellenende 34 des w Motors 1 ein Untersetzungsgetriebe 17 in den Kraftfluß eingeschaltet ist
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Arbeitsverfahren für eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung insbesondere bei Schienenfahrzeugen, bei welchem durch einen regelbaren Elektromotor mindestens mittelbar ein Federspeicher gespannt wird und zur Offenhaltung einer Bremse der Federspeicher im gespannten Zustand gehalten wird, wobei bei Einleitung und Durchführung des Bremshubes eine am Elektromo- |0 tor anliegende, dem Federspeicherdruck entgegenwirkende elektrische Spannung über den Bremshub auf höchstens Null verringert wird und wobei der sich entspannende Federspeicher über ein Bremsgestänge die Bremse durch Anlegen der Bremsbacken schließt, dadurch gekennzeichnet, daß die am Elektromotor anliegende Spannung (Eb) über den gesamten Nutzhub (S) des Federspeichers (5), ausgehend von einem Höchstwert (bei P0) bei neuen Bremsbacken (20), bis zu einem Mindestwert (bei Pe _ /) bei fast verschlissenen Bremsbacken, verringert wird, wobei diese Spannung (Eb) derart bemessen wird, daß sie einen gegenüber dem verfügbaren Federdruck (P) herabgesetzten, stets gleichbleibenden aber einstellbaren, in seiner Höhe begrenzten höchsten Betriebsbremsdruck (Pe) zuläßt.
2. Arbeitsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der am Ende eines Bremshubes (Bw) auf die Bremsbacken (20) wirkende Feder- J0 speicherdruck von dem Elektromotor (1) mittels Steuerimpulse bis zu dem für das Fahrzeug erforderlichen Betriebsbremsdruck verändert wird.
3. Arbeitsverfahren nacti Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer über der Betriebsbremskraft liegenden Stillstandsbremskraft der Elektromotor (1) spannungslos geschaltet wird.
4. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Federspeicherbremszylinder und einem regelbaren Elektromotor, mittels welchem unter Zwischenschaltung eines Getriebes, insbesondere eines Kugelgewindetriebs, der Federspeicher spannbar ist, der bei spannungslosem Elektromotor über ein Bremsgestänge die Bremse betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment des Elektromotors (1) bis zu seinem Stillstand veränderbar ist, daß die Linearbewegung eines Schub-Zugrohres (7) des Kugelgewindetriebs (2, 3), auf einen Schleifer (11) eines ersten Potentiometers (9) übertragen wird, wobei der Schleifer (11) des ersten Potentiometers (9) den Schleifer (12) eines zweiten Potentiometers (10) nach Überschreiben eines vorgegebenen Bremshubes (Bw) über einen Mitnehmer (13) mitschleppt und daß beide Potentiometer (9,10) mit ihren Schleifern (11,12) eine Wheatstone'sche Brücke bilden, welche bei Abgleich ein Signal zum Abschalten des Elektromotors (1) u'ud Einschalten seiner Haltebremse (18) erzeugt.
5. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Potentiometer (10), vom ersten Potentiometer (9) räumlich getrennt, vorzugsweise in einer Bremsbetätigungs-Steuereinheit (14) angeordnet ist.
6. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Potentiometer (10) durch einen festen Widerstand gleicher Größe mit einem festen Abgriff (bei 12) ersetzt ist, wobei das Potentiometer (9) und der feste Widerstand (10) eine Wheatstone'sche Brücke bilden mit Schleifer (11) und festem Abgriff (bei 12) als Brückenabgleich.
7. Elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Haltebremse eine dem Elektromotor (1) zugeordnete Elektromagnetbremse (18) durch ein elektrisches Schaltsignal im Öffnungssinne steuerbar ist, wobei der Elektromotor (1) gleichzeitig oder verzögert an einer Spannung (EB) liegt, die zu Beginn gleich oder kleiner als seine normale Betriebsspannung ist und entsprechend dem größer werdenden Bremshub (Bw) verringerbar ist, wobei diese Spannungsabnahme linear oder each einer nichtlinearen Funktion mittels des Schleifers (11) des ersten Potentiometers (9) gesteuert wird.
DE3010335A 1980-03-18 1980-03-18 Arbeitsverfahren für eine elektromotorische Bremsbetätigungsvorrichtung insbesondere bei Schienenfahrzeugen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired DE3010335C2 (de)

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