DE3132580A1

DE3132580A1 - Federspeicherbremszylinder

Info

Publication number: DE3132580A1
Application number: DE19813132580
Authority: DE
Inventors: Manfred 8031 Wesling Bartlechner; Walter Dipl.-Ing. 8200 Rosenheim Furtner
Original assignee: Knorr Bremse AG
Current assignee: Knorr Bremse AG
Priority date: 1981-08-18
Filing date: 1981-08-18
Publication date: 1983-03-03
Also published as: DE3132580C2

Description

Federspeicherbremszylinder
Die Erfindung bezieht sich auf einen Federspeicherbremszylinder gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Durch die DE-OS 26 08 502 ist bereits ein Federspeicherbremszylinder der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei dem bei normaler Bremsbetätigung eine Relativbewegung zwischen dem drehbaren Teil des Gewindespindeltriebes und einem am Gehäuse drehbar gelagerten, hülsenförmigen Teil erfolgt, das über ein Schiebeprofil mit dem drehbaren Teil des Gewindespindeltriebes drehfest verbunden ist und das mittels eines als Lösevorrichtung ausgebildeten Tauchkolbens am Gehäuse drehfest gehalten werden kann, der hierzu zwischen Zahnflanken am Umfang des hülsenförmigen Teiles eingreift. Da der Gewindespindeltrieb bei eingebremstem Zylinder mit einem Drehmoment belastet ist, das über das Schiebeprofil und das hülsen förmige Teil am Gehäuse abgefangen wird, und da bei jeder normalen Bremsbetätigung eine Relativverschiebung zwischen dem Gewindespindeltrieb und dem hülsenförmigen Teil stattfindet, entsteht hierbei im Schiebeprofil Reibung und damit Verschleiß.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Federspeicherbremszylinder der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine entsprechende Relativbewegung zwischen Teilen des Federspeicherbremszylinders nicht länger verschleißbehaftet ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sowie Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
Wird das Drehmoment des Gewindespindeltriebes nicht - wie bisher - am Gehäuse abgestützt, sondern entsprechend dem Erfindungsgedanken innerhalb des Systems 'Kolben - Kolbenstange', dann wird nicht nur ein Verschleiß zwischen relativ zueinander verschieblichen Teilen vermieden, sondern es ergebensich auch erhebliche konstruktive Vereinfachungen im Gehäuseaufbau, die dem Fachmann ohne weiteres einleuchten und die hier nicht im einzelnen dargelegt werden müssen.
Die Lösevorrichtung für einen Federspeicherbremzszylinder dient bekanntlich dazu, angelegte Federspeicher, die aufgrund des Ausfalls des Druckmediums nicht mehr gelöst werden können, kraftlos zu machen.
Bei bekannten Lösevorrichtungen wird der Kraftfluß zwischen der Speicherfeder und der Kolbenstange schlagartig unterbrochen. Es sind daher in der Regel Dämpfungseinrichtungen notwendig, mit denen die beim Lösen plötzlich freiwerdende Energie der Speicherfeder vernichtet werden muß.
Der erfi ndungsgcmäße Federspeicherbremszylinder bietet sich nun besonders für eine Lösevorrichtung an, mit der der Kraftfluß zwischen der Speicherfeder und der Kolbenstange nicht mehr schlagartig, sondern ohne nennenswerten Kraftaufwand beliebig langsam gelöst werden kann.
Bei einem solchen beliebig langsam eingeleiteten Entspannvorgang ist es aber besonders wesentlich, daß zwischen relativ zueinander beweglichen Teilen des Federspeicherbremszylinders keine nennenswerten Reibungen mehr auftreten. Dank der erfindungsgemäßen Lehre zum Abstützen des Drehmomentes innerhalb des Systems 'Kolben - Kolbenstange' ist erst eine überraschend einfache Lösevorrichtung möglich, mit der der Federspeicher auf einfache Weise beliebig langsam gelöst werden kann.
Mit anderen Worten ist eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre zur Abstützung des Drehmomentes innerhalb des Systems 'Kolben - Kolbenstange' darin zu sehen, eine Lösevorrichtung angeben zu könnnen, mit der der Federspeicher beliebig langsam, d.h. auch in gewünschter Weise nur teilweise entspannbar ist, so daß das betreffende Fahrzeug bei einer Notlösung nicht, wie bisher, vollständig gelöst, sondern nach Wunsch mehr oder weniger nur teilweise gelöst werden kann bzw. entsprechend leicht eingebremst bleiben kann.
Die Erfindung wird im einzelnen anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in einer schematischen Zeichnung im Schnitt veranschaulicht sind.
Hierin zeigt: Figur 1 eine erste Ausführung nach der Erfindung im Schnitt mit einer schnellösenden Lösevorrichtung in Verbindung mit einer Dämpfungsvorrichtung, Figur 2 eine weitere Ausführung nach der Erfindung im Schnitt mit einer beliebig langsam lösenden Lösevorrichtung ohne Dämpfungsvorrichtung und Figur 3 eine dritte Ausführung nach der Erfindung im Schnitt, ähnlich der nach Figur 2.
In Figur 1 ist das Gehäuse eines in Achsrichtung geschnittenen Federspeicherbremszylinders mit 1 bezeichnet.
Das Gehäuse ist von einem Deckel 2 verschlossen, an dem sich ein Satz Speicherfedern abstützt. Vereinfachend wird nachfolgend nur von der Speicherfeder 3 gesprochen, die einen Speicherfeder-Spannkolben 4 belastet, der in dem Gehäuse 1 längs einer Kolben stange 6 verschieblich angeordnet ist und der in einer Umfangsnut einen Dichtungsring 5 trägt, der an der Gehäuseinnenwand dichtend anliegt. In einer weiteren Kolbennut ist ein zusätzlicher Dichtungsring 5' angeordnet, der dichtend am Umfang einer Kolbenstange 6 anliegt.
Die zentrisch im Gehäuse drehfest und axial verschieblich gelagerte Kolbenstange 6 durchdringt mit ihren vorderem Ende 7 druckdicht den Boden 8 des Zylindergehäuses 1, um auf eine Bremsvorrichtung einzuwirken, die hier nicht näher dargestellt ist.
In Fig. 1 ist der Federspeicherbremszylinder in der eingebremsten Stellung dargestellt. Zum Lösen des Federspeicherbremszylinders mittels Druckmedium wird in den Raum 9 des Zylinders zwischen dem Gehäuseboden 8 und dem Kolben 4 über einennicht dargestellten Druckmittelanschluß das Druckmedium eingeleitet.
Zum NotLösén des Federspeicherbremszylinders bei ausgefallenem bzw. nicht vorhandenem Druckmedium ist eine mechanische Lösevorrichtung vorhanden, die hier als Schnellösevorrichtung ausgebildet ist und daher mit einer Dämpfungsvorrichtung zusammenarbeitet. Die mechanische Schnellösevorrichtung mit der Dämpfungsvorrichtung sind nachstehend mehr im einzelnen beschrieben.
Ein rückwärtiger Abschnitt der Kolbenstange 6 ist als Spindel 9 mit einem nicht-selbsthemmenden Gewinde ausgebildet. In das Gewinde der Spindel 9 greift das Gewinde einer Mutter 10 ein. Die Spindel 9 und die Mutter 10 bilden einen Gewindespindeltrieb 9, 10. Der Kolben 4 ist mit einem rohrförmigen Ansatz 11 versehen, der zentrisch auf der von der Speichcrfedcr 3 belasteten Seite des Kolbens 4 fest angreift. Aus Montagegründen ist der rohrförmige Ansatz 11 durch ein Rohr 12 verlängert, das fest mit dem Ansatz 11 verbunden ist und verschieblich durch eine Öffnung 13 im verbreiterten Mittelabschnitt 14 des Deckels 2 geführt ist. Am abgewinkelten Ende 15 des Kolbenrohres 12 ist die Mutter 10 über ein Lager 16 drehbar gelagert. Das rückwärtige Ende 16 des Kolbenrohres 12 besitzt eine zylindrische Umfangsfläche 16, die an eine zylindrische Umfangsfläche 17 der Mutter 10 anschließt. Mit anderen Worten sind die Durchmesser der Umfangsflächen 16 und 17 im wesentlichen gleich groß und etwas größer als der Innen- durchmesser einer entspannten Friktionsfeder 18, die ein schaltbares Ende 19 und ein nicht scha1tbare End 20 besitzt. Das als Betätigungszapfen 19' radial nach außen abgebogene, schaltbare Ende 19 der Friktionsfeder 18 übergreift mit mehreren Windungen unter Vorspannung die Fläche 17 der Mutter 10. Das nicht schaltbare Ende 20 der Friktionsfeder 18 übergreift dagegen mit mehreren Windungen ebenfalls unter Vorspannung die Fläche 16 am Ende 15 des Kolbenrohres 12. Dabei kann das Ende 20 lediglich kraftschlüssig auf der Fläche 16 festliegen.
Es kann aber auch in einer Ausnehmung des Kolbenrc)hrc formschlüssig festgehalten sein.
Aufgrund der Federvorspannungrmit der die Friktionsfeder 18 mit ihren beiden Enden 19 und 20 die Flächen 16 und 17 übergreift, ist die Mutter 10 bei normaler Bremsbetätigung in ihrer einen Drehrichtung drehfest am Kolbenrohr 12 gehalten, während sie in der entgegengesetzten, anderen Drehrichtung über das Lager 10 drehbar am Kolbenrohr 15 gelagert ist. Die Friktionsfeder 18 ist damit eine die Drehbewegung der Mutter 10 gegenüber dem Kolben 4 und der Spindel 9 in ihrer einen Drehrichtung sperrende und in ihrer entgegegengesetzten, anderen Drehrichtung freigebende Kupplung, die entsperrbar ist, also schaltbar ist. Mit anderen Worten handelt es sich um eine schaltbare Sperrkupplung, die einen Freilauf einschließt. Zum willkürlichen Schalten der Sperrkupplung ist eine Schaltvorrichtung 21 vorgesehen, die im Beispielsfalle als ein hülsenförmiger Körper ausgebildet ist, der an seinem offenen Ende drehbar am Gehäusedeckel 2 gelagert ist und dabei die Friktionsfeder 18 zwischen der Mutter 10 und dem Kolbenrohrende 15 übergreift. Innenseitig besitzt die hülsenförmige Schaltvorrichtung 21 eine in Achsrichtung verlaufende Nut 22, in die der Betätigungszapfen 19' am schaltbaren Ende 19 der Friktionsfeder 18 verschieblich eingreift. Die Nut 22 umfaßt damit eine Schaltfläche, an der der Betätigungszapfen 19' anliegt, wenn die Schaltvorrichtung 21 zum Lösen der Friktionsfeder von der Fläche 17 der Mutter in der einen Drehrichtung gedreht wird, in der das schaltbare Ende der Friktionsfeder durch die Mitnahme des Betätigungszapfens 19 im Durchmesser etwas aufgeweitet wird.
Zur drehfesten Kupplung der Kolbenstange 6 und der mit ihr einstückigen Spindel 9 mit dem Kolben 4 ist zwischen dem Kolbenansatz 11 und einem weiteren Abschnitt der Kolbenstange ein axiales Schiebeprofil 23 vorgesehen.
Im Beispielsfalle wird das Schiebeprofil von einem Rohrstück 24 gebildet, das auf der Kolbenstange 6 drehfest gehalten ist und das an seinem Außenumfang ein Schiebeprofil aufweist, in das die stirnseitige Profilfläche an einem radial nach innen vorspringenden Teil 25 des Kolbenrohres 12 eingreift.
Das Schiebeprofil 23 erstreckt sich über eine Länge entsprechend dem Hub des Kolbens 4 zwischen seiner die Speicherfeder spannenden Stellung und seiner entspannten Stellung bei Anlage am Zylinderboden 8. Das Schiebeprofil 23 ist an seinen beiden Enden durch zwei Ringkörper 26 und 27 begrenzt, die im Beispielsfalle am Rohrstück 24 fest sind und die zwischen sich und dem Rohransatz 11 mit dem anschließenden Verlängerungsrohr 12 einerseits und dem Rohrstück 24 andererseits einen Raum 28 einschließen, der zur Dämpfung der Kolbenbewegung bei mechanischer Lösung der Sperrkupplung zwischen der Friktionsfeder 18 und dem Kolbenrohr 12 mit einem hydraulischen Medium, zum Beispiel einem Fett, ausgefüllt ist.
Zum dichten Abschluß des Fettes in dem Raum 28 sind an den äußeren Stirnflächen der Ringkörper 26 und 27 Nuten zur Aufnahme von Dichtungsringen 29 und 30 vorgesehen, die an den zylindrischen Innenflächen des Kolbenansatzes 11 und des Kolbenrohres 12 dicht anliegen.
Durch das Schiebeprofil 23 ist also die Kolben stange 6 und damit auch die Spindel 9 undrehbar zum Kolben 4 gehalten,und durch die Friktionsfeder ist die drehbare Mutter 10 zum Kolben in Drehmomentrichtung der Spindel bei eingebremstem Federspeicherbremszylinder gesperrt.
Das Drehmoment der Spindel wird also nicht, wie beim Stand der Technik, über das Gehäuse, sondern gemäß der Erfindung innerhalb des Systems 'Kolben - Kolbenstange' abgestützt. Dabei bewegen silebei einer normalen Bremsbetätigung der Kolben,/Kolbenstange, der Gewindespindeltrieb (Spindel 9 und Mutter 10) zusammen mit der Sperrkupplung (hier die Friktionsfeder 18) miteinander. Eine Relativbewegung, wie beim Stand der Technik zwischen der Spindel und einem Kupplungsteil, das axial unverschieblich am Gehäuse festgehalten, aber über ein Schiebeprofil drehbar mit der Spindel gekuppelt ist und das über eine schaltbare Sperrkupplung festbremsbar ist, findet bei dem erfindungsgemäßen Federspeicherbremszylinder nicht statt, so daß auch keine Reibung und damit auch kein Verschleiß im Schiebeprofil entsteht.
Bei einer normalen Bremsbetätigung bewegt sich der Betätigungszapfen 19 am schaltbaren Ende der Friktionsfeder 18 in der Nut 22 der am Gehäuse 2 drehbar gelagerten Schaltvorrichtung 21. Es ist klar, daß die Schaltvorrichtung 21 auch am Kolbenrohr 12 drehbar gelagert sein kann, die demgemäß die normalen Brems- und Lösebewegungen des Kolbens 4 mitmacht, ohne daß eine Relativbewegung zwischen dem Betätigungszapfen 19 an der Sperrkupplung 18 und der Schaltvorrichtung auftritt.
Die Schaltvorrichtung 21 ist weitgehend reibungsfrei am Gehäusedeckel drehbar gelagert, damit durch das Drehmoment, das die Speicherfeder auf den Kolben 4 abgibt, die Friktionsfeder nicht zur Unzeit geschaltet wird. Dreht sich der Kolben 4 unter der Wirkung des von der Speicherfeder 3 abgegebenen Drehmomentes relativ zur Kolbenstange 6, so dreht sich auch die Friktionsfeder 18,und über den Betätigungszapfen 19 folgt die Schaltvorrichtung 21 der Drehbewegung der Friktionsfeder, ohne diese zu schalten. Die Lager zur Lagerung der Schaltvorrichtung 21 im Zylinderdeckel 2 sind der Einfachheit halber in Figur 1 nicht dargestellt.
Die vorstehend schon angesprochene Dämpfungsvorrichtung ist wie folgt ausgebildet: Das radial nach innen vorspringende Teil 25 am Kolbenrohr 12 ist von einer Bohrung 31 durchdrungen. Vor der zum Kolben 4 gewandten Öffnung der Bohrung 31 ist eine als Ringscheibe 32 ausgebildete Rückschlagklappe.angeordnet, die in einer in Fig. 1 dargestellten Schließstellung die Bohrung 31 abschließt und in einer Öffnungsstellung die Bohrung freigibt. In der Öffnungsstellung stützt sich die Ringscheibe 32 an einem Anschlag 33 am Kolbenansatz 11 innerhalb des Raumes 28 ab.
Bewegt sich der Kolben 4 bei einer Notlösung unter der Kraft der Speicherfeder 3 relativ zur Kolbenstange 6 aus seiner dargestellten Bremsstellung in Fig. 1 in seine Lösestellung nach links bis zur Anlage am Zylinderboden 8, dann bewegt sich das radial nach innen vorspringende Teil 25 entlang dem Schiebeprofil 23, um den Kolbenhub in der Zeichnung ebenfalls nach links, wobei die Ringscheibe 32 von dem Dämpfungsfett in ihre Schließstellung gedrückt wird. Das Dämpfungsfett vermaglierbei nur über das Schiebeprofil 23 zu ent- weichen, wodurch die gewünschte Dämpfung der Kolbenbewegung erreicht wird.
Wird der Kolben aus seiner notgelösten Stellung durch Einleiten von Druckmittel in den Zylinderraum zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinderboden in seine Lösestellung zurückgeführt, dann vermag das Dämpfungsfett über die relativ weite Bohrung 31 zu entweichen, die dabei von dem durch die Bohrung durchtretenden Dämpfungsfett in ihre Öffnungsstellung gedrückt wird.
Der Federspeicherbremszylinder nach Figur 1 arbeitet wie folgt: Der Federspeicherbremszylinder ist in der Lösestellung dargestellt, in der der Raum zwischen dem Zylinderboden 8 und dem Kolben 4 mit Druckluft beaufschlagt ist. Zum Anlegen der Bremse und dem entsprechenden axialen Verschieben der Kolben stange 6 wird der obige Zylinderraum entlüftet. Die Speicherfeder 3 beginnt sich auszudehnen und drückt den Kolben 4 nach links. Der Kraftfluß über dem Kolben 4, die durch das Schiebeprofil 23 gegen Verdrehen gesicherte Kolbenstange 6, die mit der Kolbenstange 6 einstückige Spindel 9 und die mit der Spindel 9 in Eingriff befindliche, am Kolbenrohr 12 drehbar g<1igric', aber durch die Friktionsfeder in Drehmomentrichtung der Spindel zum Kolben 4 gesperrte Mutter 10 ist gesichert.
Zusammen mit der Bewegung des Kolbens 4 nach links zum Anlegen der Bremse bewegt sich daher das über die Friktionsfeder 18 drehfest gesperrte System 'Kolbenstange 6 - Spindel 9, Muter 10 und Friktionsfeder 18' ebenfalls als Ganzes nach links. Damit bewegt sich auch der BetätigungszapEcn 19' der l!'riletionsEcder 18 in der Nut : der Schaltvorrichtung ohne nennwerte Reibung nach links, während die drehbare Schaltvorrichtung 21 am Zylinder- <Ickcl 2 ortsfest zurückbleibt.
Zum normalen Lösen der Bremse wird der Raum zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinderboden 8 wieder mit Druckmedium beaufschlagt. Der vorstehend angegebene Kraftfluß zwischen dem Kolben 4 und der Kolbenstange 6 bleibt weiterhin über die Friktionsfeder 18 gesichert, so daß der Bewegung des Kolbens 4 nach rechts zurück in seine Lösestellung auch die Kolbenstange 6 zusammen mit der Spindel 9, der Mutter 10 und der Friktionsfeder 18 in ihre Lösestellung folgen.
Befindet sich aber der Kolben 4 in seiner nach links vorgefahrenen Bremsstellung und soll bei nicht vorhandenem Druckmedium eine Notlösung vorgenommenrden, dann wird der Kraftfluß zwischen dem Kolben 4 und der Kolbenstange 6 mit der Schaltvorrichtung 21 schlagartig unterbrochen, indem die unter Mitnahme des Betätigungszapfens 19' der Friktionsfeder 18 in Richtung einer Aufweitung des auf der Fläche 17 der Mutter 10 aufliegenden Endes der Friktionsfeder verdreht wird. Die damit zum Kolben freikommende Mutter 10 vermag sich daher in Drehmomentrichtung zu drehen, bis die Kolbenstange kraftfrei ist, die sich hierbei relativ zum Kolben 4 in ihre in Fig. 1 gezeigte Lösestellung nach rechts verschiebt. Die Verschiebung ist durch die vorstehend beschriebene Dämpfungsvorrichtung gedämpft, indem das Dämpfungsfett nur über das Schiebeprofil 23 entweichen kann.
Soll anschließend nach einer Notlösung auch der Kolben 4 aus seiner Bremsstellung entgegen der Kraft der Speicherfeder 3 in seine Lösestellung nach rechts zurück bewegt werden, dann wird - sofern das Druckmittel wieder vorhanden ist - der Raum zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinderboden 8 mit dem Druckmittel beaufschlagt.
Hierbei vermag sich die Mutter 10 am Kolbenrohr zu drehen, und zwar in Freilaufrichtung der Friktionsfeder 18 bzw. in der Drehrichtung, die der Drehrichtung beim Lösevorgang des Federspeichers entgegengesetzt ist. Bei dieser Drehbewegung der Mutter wird die Schaltvorrichtung 21 über den Betätigungszapf(-n der Friktionsfeder 18 in ihre Ausgangsstellung zurückgedreht. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn das nicht schaltbare Ende der Friktionsfeder 18 formschlüssig am Kolbenrohr 12 festliegt.
Die Kolbenstange 6 kann aber nach einer Notlösung auch mechanisch aus ihrer Lösestellung wieder in die Bremsstellung gebracht werden, sofern kein Druckmedium vorhanden ist. Hierzu ist in der Schaltvorrichtung 21 eine im Beispielsfalle nicht gezeigte, zentrale Öffnung vorgesehen, durch die eine Verlängerung der Mutter 10 geführt ist. Diese Verlängerung ist als Vier--oder Sechskant zum Angriff eines Drehwerkzeuges versehen, mit der die Mutter unter entsprechendem Kraftaufwand in Freilaufrichtung der Friktionsfeder von Hand gedreht wird, um dadurch die Kolbenstange 6 axial in Bremsrichtung zu verschieben und im gleichen Maße die Speicherfeder zu entspannen. Zur Reduzierung der Handkraft kann die Betätigung auch über ein nicht-selbsthemmendes Getriebe erfolgen.
Aufgrund der Drehmomentabstützung zwischen Kolben und der Kolben stange 6 über das Schiebeprofil und der Anordnung der Friktionsfeder 18 zwischen der Mutter 10 und dem am Kolben 4 festen Kolbenrohr 12 wird bei jeder normalen Bremsbetätigung eine Reibung und Verschleiß erzeugende Relativverschiebung zwischen der Kolbenstange und einem am Gehäuse drehfest gehaltenen Kupplungsteil vorteilhafterweise vermieden. Außerdem ist bei einer mechanischen Lösung des eingebremsten Federspeicherbremszylinders durch Verdrehen der Schaltvorrichtung 21 in Aufweitrichtung des auf der Feder 10 unter Vorspannung aufliegenden Endes der Friktionsfeder 18 eine reibungsfreie Verschiebung des Betätigungszapfens 19' der Friktionsfeder 18 in dem axialen Längsprofil 22 der Schaltvorrichtung 21 möglich, die vorteilhafterweise am Gehäuse drehbar gelagert ist und damit die Kolbenbewegungen nicht mitmacht. Wie schon gesagt, liegt es aber für den Fachmann im Rahmen der Erfindung, die Schaltvorrichtung 21 auch am Kolbenrohr 12 zu lagern, so daß sie die Kolbenbewegungen mitmacht. In einem solchen Falle würde die axiale Nut 22 bzw. ein entsprechender Schlitz entfallen, in dem sich der Betätigungszapfen 19 der Friktionsfeder reibungsfrei verschieben kann.
Figur 2 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Federspeicher-Bremszylinder mit einer gehäusefreien Momentenabstützung zwischen Kolben und Kolbenstange in Verbindung mit einer mechanischen Lösevorrichtung, die bei Vermeidung einer Dämpfungsvorrichtung im Falle einer Notlösung eine beliebig langsame Lösung des eingebremsten Federspeicherbremszylinders mit geringem Kraftaufwand erlaubt.
Mehr im einzelnen ist das Gehäuse des Federspeicherbremszylinders mit 1 bezeichnet, das von einem Gehäusedeckel 2 abgeschlossen ist, gegen den sich ein als Speicherfeder 3 bezeichneter Platz von Federn abstützt, die einen im Zylindergehäuse 1 entlang einer Kolbenstange 6 verschieblichen Kolben 4 belasten, der in einer Umfangsnut einen Dichtungsring 5 trägt, welcher dichtend an der Zylinderinnenwand des Gehäuses 1 anliegt. In einer weiteren Nut des Kolbens befindet sich ein zusätzlicher Dichtungsring 5', der dichtend am Umfang der Kolbenstange 6 anliegt.
Die Kolbenstange 6 ist drehfest und axial verschieblich im Zylindergehäuse 1 gelagert und durchdringt mit ihrem vorderen Ende 7 druckdicht den Boden 8 des Zylindergehäuses 1, um auf eine Bremsvorrichtung einzuwirken, die von beliebiger, an sich bekannter Art sein kann und die hier nicht näher dargestellt ist, da sie nicht Gegenstand der Erfindung ist und zu ihrer Erläuterung auch nicht näher beschrieben werden muß.
Der Kolben 4 ist mit einem rohrförmigen Ansatz 11 fest verbunden, der aus Montagegründen durch ein Rohr 40 verlängert ist, das durch eine zentrale Öffnung 15 im erweiterten Teil 16 des Zylinderdeckels axialverschieblich geführt ist. Am abgesetzten Ende 40' des Kolbenrohres 40 ist mittels eines Lagers 41 eine Mutter 10 drehbar gelagert, die mit ihrem Gewinde in das nichtselbsthemmende Gewinde einer Spindel 9 eingreift, die mit der Kolbenstange 6 einstückig ist.
Eine zylindrische Umfangsfläche 18 am Ende des Kolbenrohres 40 und eine unmittelbar anschließende, zylindrische Umfangs fläche 19 an der Mutter 10 weisen im wesentlichen den gleichen Durchmesser auf, der etwas größer ist als der Innendurchmesser einer entspannten-Friktionsfeder 20, die mit ihrem einen schaltbaren Ende mit mehreren Windungen die Fläche 18 unter Vorspannung übergreift, während das nicht schaltbare Ende der Friktionsfeder 20 mit ihren Windungen unter Vorspannung die Fläche 19 der Mutter 10 übergreift. Im Beispielsfalle ist das nicht schaltbare Ende in einer Ausnehmung 10' der Mutter 10 formschlüssig festgehalten. Es kann aber auch eine kraftschlüssige Anlage des nicht schaltbaren Friktionsendes auf der Fläche 19 der Mutter ausreichend sein.
Das schaltbare Friktionsfederende ist als Betätigungszapfen 26 radial nach außen abgebogen. \iii Zylincitlc el ist eine Schaltvorrichtung 23 drehbar gelagert, wobei das zugehörige Lager der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Die hülsenartig ausgebildete Schaltvorrichtung 23 mit ihrem äußeren Profil 25 zum Verdrehen übergreift die Friktionsfeder 20. Die Schaltvorrichtung 23 besitzt eine Verlängerung in der Gestalt eines Schaltarmes, der einen Schlitz 43 aufweist, in die der Betätigungszapfen 26 der Friktionsfeder 23 eingreift. Der geschlitzte Schaltarm der Schaltvorrichtung 23 findet in einer ringförmigen Ausnehmung 17 des Zylinderdeckels 2 Platz, die an die Öffnung 15 im Zylinderdeckel anschließt.
Zum Schalten der Friktionsfeder 23 wird die Schaltvorrichtung unter Mitnahme des Betätigungszapfens 26 gedreht, wobei der Schaltarm mit dem Betätigungszapfen 26 in der ringförmigen Ausnehmung 17 frei verschwenkbar ist.
Der Kolbenansatz 11 ist mit einem profilierten Abschnitt 38 versehen, der in ein Schiebeprofil 37 an einem Rohrstück 39 angreift, das auf der Kolbenstange 6 fest ist.
Das Schiebeprofil 37, 38 und 39 zwischen dem Kolben 4 und der Kolbenstange 6 entspricht dem Schiebeprofil 23 in Fig. 1 und hat demzufolge die Aufgabe, das Drehmoment der Spindel 9 bei eingebremstem Federspeicherbremszylinder nicht, wie bisher, am Gehäuse, sondern zwischen Kolben und Kolbenstange abzustützen.
Das Schiebeprofil 37, 38 und 39 ist jedoch nicht - wie in Fig. 1 - Teil einer Dämpfungsvorrichtung, die bei einer mechanischen Lösung des eingebremsten Federspeicherbremszylinders, wie noch beschrieben wird, nicht erforderlich.
Im Zusammenhang mit der Drehmomentabstützung zwischen Kolben und Kolbenstange ist die Sperrkupplung in der Gestalt der Friktionsfeder 20 entsprechend wie in Fig.l zwischen der Mutter und dem am Kolben 4 festen Kolbenrohr 40 angeordnet. Auf diese Weise wird bei normaler Bremsbetätigung die Kolbenstange 6 zusammen mit dem Kolben, der Friktionsfeder 20 und der durch die Friktionsfeder 20 zum Kolben drehgesicherten Mutter 10 axial relativ zum Gehäuse verschoben, wobei die aln Gehäuse drehbare Schaltvorrichtung ortsfest bleibt.
Eine Reibung und einen entsprechenden Verschleiß erzeugende Relativbewegung zwischen Kolbenstange und einem am Gehäuse drehfesten Kupplungsteil wird jedoch, wie auch beim Ausführungsbeispiel in Fig. 1, vorteilhafterweise vermieden. Das gilt auch für den Betätigungszapfen der Friktionsfeder, der bei normaler Bremsbetätigung -ohne daß auf ihn ein Moment einwirkt - in den Spalt 43 des Betätigungsarmes der Schaltvorrichtung 23 frei verschieblich ist.
Die Schaltvorrichtung 23 läßt sich auch am Kolbenarm 40 lagern, wodurch eine Verschiebbarkeit des Betätigungszapfens 26 in dem Spalt 43 des Betätigungsarms der sein Schaltvorrichtung 23 nicht mehr vorgesehen/muß. Die ortsfeste Lagerung der Schaltvorrichtung 23 kann jedoch besonders vorteilhaft sein.
Der in Lösestellung dargestellte Federspeicherbremszylinder nach Fig. 2 arbeitet wie folgt: In der Lösestellung ist der Zylinderraum zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinderboden 8 mit Druckmedium beaufschlagt, zum Anliegen der Bremse wird die Kammer 4 entlüftet. Die Speicherfeder 3 beginnt sich auszudehnen und drückt den Federspeicher-Spannkolben 4 nach links.
Der Kraftfluß über den Kolben 4, die durch das Schiebeprofil 37 gegen Verdrehen gesicherte Kolbenstange 6, die mit der Kolbenstange 6 einstückige Spindel 9 und die mit der Spindel 9 in Eingriff befindliche, am Kolbenrohr 40 drehbar gelagerte, aber durch die Friktionsfeder in Drehmomentrichtung der Spindel zum Kolben gesperrte Mutter 10 ist gesichert.
Zusammen mit der Bewegung des Kolbens 4 nach links zum Anlegen der Bremse bewegt sich daher, entsprechend wie bei der Ausführung nach Fig. 1, das über die Friktionsfeder 20 drehfest gehaltene System durch Kolbenstange 6, Spindel 9, Mutter 10, Friktionsfeder 20 ebenfalls als Ganzes nach links. Damit bewegt sich auch der Betätigungszapfen 26 der Friktionsfeder 20 in der Nut 17 der Schaltvorrichtung 23 ohne nennenswerte Reibung nach links, während die drehbare Schaltvorrichtung 23 am Zylinderdeckel 2 ortsfest zurückbleibt.
Zum normalen Lösen der Bremse wird der Raum zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinderboden 8 wieder mit Druckmedium beaufschlagt. Der vorstehend angegebene Kraftfluß zwischen dem Kolben 4 und der Kolbenstange 6 bleibt weiterhin über die Friktionsfeder gesichert, so daß entsprechend wie bei der Ausführung nach Figur 1 bei der Bewegung des Kolbens 4 nach rechts zurück in seine Lösestellung auch die Kolbenstange 6, zusammen mit der Spindel 9, der Mutter 10 und der Friktionsfeder 20/in ihre Lösestellung folgen.
Befindet sich der Kolben 4 in seiner nach links vorgeschobenen Bremsstellung und soll bei nicht vorhandenem Druckmedium eine Notlösung vorgenommen werden, dann wird der Kraffluß zwischen dem Kolben 4 und der Kolbenstange 6 mit der Schaltvorrichtung 21 unterbrochen. Da jedoch im Unterschied zu der Ausführung nach Figur 1 das schaltbare Ende der Friktionsfeder 20 nicht mit Vorspannung über die zylindrische Fläche 19 der Mutter 10, sondern mit Vor- spannung über die zylindrische Fläche 18 am Kolbenrohr 40 greift, wird der vorstehend angegebene Kraftfluß zwischen dem Kolben und der Kolbenstange bei einer Drehung der Schaltvorrichtung in Drehmomentrichtung der Spindel 9 nicht schlagartig unterbrochen. Vielmehr geht die Friktionsfeder 20 in dem Maße, wie ihr schaltbares Ende durch Mitnahme des Betätigungszapfens 26 in Drehmomentrichtung bei einer kleinen Drehbewegung der Schaltvorrichtung aufgeweitet und damit die Sperre der Mutter 10 zum Kolbenrohr 40 aufgehoben wird, selbsttätig sofort wieder in ihre Sperrstellung zurück, indem die Mutter 10 zusammen mit dem nicht schaltbaren Ende der Friktionsfeder in Drehmomentrichtung der Bewegung der Schaltvorrichtung 23 unmittelbar nachfolgt.
Die Friktionsfeder, die an ihrem schaltbaren Ende durch die Drehbewegung der Schaltvorrichtung 23 in Drehmomentrichtung aufgeweitet wird und damit die Fläche 18 an dem Kolbenrohr 40 freigibt, zieht sich selbsttätig wieder in ihre Sperrstellung,da die drehmomentbelastete Mutter 10 bei unterbrochener Sperre zum Kolbenrohr 40 sich mit dem auf der Fläche 19 der Mutter festliegenden, nicht schaltbaren Ende der Friktionsfeder in Drehmomentrichtung selbsttätig zu drehen vermag, bis die Sperre zum Kolbenrohr 40 wieder hergestellt ist.
Auf diese Weise kann der eingebremste Federspeicllerbremszylinder eine Notlösung ohne nennenswerten Kraftaufwand von Hand durch Drehen der Schaltvorrichtung in Drehmomentrichtung beliebig langsam durchgeführt werden.
Damit erübrigt sich aber vorteilhafterweise eine Dämpfungsvorrichtung, wie sie in Figur 1 zur Dämpfung der schlagartig freigegebenen Federspeicherkräfte notwendig ist.
En d<m Mtlßes, wie sich die Mutter 23 bei einer Notlösung in Drehmomentrichtung am Kolbenrohr 40 zu drehen vermag, wird die Kolbenstange in zunehmendem Maße kraftfrei, indem sie zusammen mit der Spindel 9 relativ zum Kolben 4 in Richtung ihrer Lösestellung verschoben wird. Soll anschließend nach einer Notlösung auch der Kolben 4 entgegen der Kraft der Speicherfeder 3 in seine Lösestellung nach rechts zurückbewegt werden, dann wird - sofern das Druckmittel wieder vorhanden ist - der Raum zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinderboden 8 mit Druckmittel beaufschlagt.
Hierbei vermag sich - entsprechend wie im Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 - die Mutter 10 in Freilaufrichtung der Friktionsfeder 20 unter Mitnahme der Schaltvorrichtung 23 über den Betätigungszapfen 26 der Friktionsfeder 20 zu drehen, d.h. in der Drehrichtung, die der Drehung beim Lösevorgang des Federspeichers entgegengesetzt ist.
Die Schaltvorrichtung 23 wird auf diese Weise wieder in ihre Ausgangslage zurückgedreht. Damit sie jeweils in die gleiche Ausgangslage zurückgedreht wird, ist es vorteilhaft, wenn das nicht schaltbare Ende der Friktionsfeder 20 formschlüssig an der Mutter 10 festliegt. Die Kolbenstange 6 kann aber nach einer Not lösung auch mechanisch aus ihrer Lösestellung wieder in die Bremsstellung gebracht werden, sofern kein Druckmedium vorhanden ist. Hierzu ist - entsprechend wie auch beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 - in der Schaltvorrichtung 21 eine hier nicht gezeigte zentrale Öffnung vorzusehen, durch die eine Verlängerung der Mutter 10 geführt ist.
Diese Verlängerung ist als Vier- oder Sechskant ausgebildet. Damit kann die Mutter 10 in Freilaufrichtung unter Zuhilfenahme eines Drehwerkzeuges mit entsprechendem Kraftaufwand von Hand gedreht werden, um dadurch die Kolbenstange 6 in Bremsrichtung zu verschieben und in gleichem Maße die Speicherfeder 3 zu spannen. Zur Reduzierung der Handkraft kann die Betätigung auch über ein nicht-selbsthemmendes Getriebe erfolgen.
Dank der Drehmomentabstützung zwischen Kolben und Kolbenstange und der willkürlich lösbaren Sperre der Mutter 10 zum Kolbenrohr 40 tritt bei normaler Bremsbetätigung keine Reibung erzeugende Relativverschiebung zwischen der Kolbenstange bzw. der Spindel und einem am Gehäuse drehbar gehaltenen Kupplungsteil auf, so daß insoweit auch kein Verschleiß auftritt. Hinzu kommt, daß der Betätigungszapfen des schaltbaren Endes der Friktionsfeder sich kraftfrei in dem Spalt 43 der Schaltvorrichtung 23 verschieben kann.
In Figur 3 ist ein weiterer Federspeicherbremszylinder nach der Erfindung im Schnitt dargestellt, der dem Federspeicherbremszylinder nach Figur 2 ähnlich ist. Entsprechende Teile der Ausführung nach Fig. 2 und 3 weisen daher die gleichen Bezugszeichen auf. Der wesentliche Unterschied der Ausführung nach Fig. 3 gegenüber der Ausführung nach Fig. 2 besteht darin, daß die Spindel 9 drehbar und axial verschiebbar im Zylindergehäuse 1 gelagert ist und damit nicht einstückig mit der Kolbenstange 6 ist, so daß die Mutter 10 des Spindeltriebes 9, 10 drehfest am rohrförmigen Ansatz 11 des Kolbenrohres 4 gehalten ist und daß die Spindel 9 durch eine Stange 12 mit einem Schiebeprofil 13 verlängert ist, in das das Profil an einem hülsenförmigen Teil 14 axial verschiablich eingreift, das am Kolbenrohr 40 drehbar gelagert ist.
Das hülsenförmige Teil 14 ist, entsprechend wie in Fig. 2 die Mutter 10 des Gewindespindeltriebes 9, 10 über die Friktionsfeder 20 zum Kolbenrohr 40 gesperrt. Dabei liegt auch hier das schaltbare Ende der Friktionsfeder 20 mit dem als Betätigungszapfen 26 ausgebildeten Federende unter Vorspannung auf der zylindrischen Fläche 18 des Kolbenrohres 40, während das nicht schaltbare Ende der Friktionsfeder unter Vorspannung auf der zylindrischen Fläche 19 des drehbaren Teiles des Gewindespindeltriebes, hier das mit der Spindel 9 drehbare, hülsenförmige Teil 14, festliegt. Dabei ist es auch hier vorteilhaft, daß das nicht schaltbare Ende der Friktionsfeder am hülsenförmige Teil 14 formschlüssig festliegt, damit analog wie bei der Ausführung nach Fig. 2, die Schaltvorrichtung 23 nach einer Notlösung des Federspeichers über den Betätigungszapfen 26 wieder in ihre Ausgangsstellung zurückgedreht werden kann.
Während also bei der Ausführung nach Fig. 2 die Spindel 9 über das Schiebeprofil 37 drehfest zum Kolben und relativ zum Kolben axial verschieblich ausgebildet ist und dafür die Mutter 10 am Kolben drehbar gelagert ist, ist bei der Ausführung nach Fig 3 die Mutter 10 am Kolben drehfest gehalten,und die Spindel ist drehbar und axial verschiebbar ausgebildet. In Figur 3 ist damit die Drehbewegung der Spindel über das hülsenförmige Teil 14 durch die Friktionsfeder 20 zum Kolben 4 gesperrt, während in Figur 2 die Mutter 10 über die Friktionsfeder 20 zum Kolben 4 gesperrt ist.
Auch bei der Ausführung nach Fig. 3 ist - entsprechend wie in Fig. 2 - die Momentenabstützung nicht am Zylindergehäuse 1,sondern über das Schiebeprofil zwischen der Spindel 9 bzw. dem mit der Spindel 9 einstückigen Rohrstück 12 und dem über die Friktionsfeder 20 zum Kolben gesperrten, hülsenförmigen Teil 14 abgestützt.
Entsprechend wie bei der Ausführung nach Fig. 2 wird das schaltbare Ende der Friktionsfeder 20 zur mechanischen Lösung des eingebremsten Federspeicherbremszylinders durch eine Drehbewegung an der Schaltvorrichtung in Drehmomentrichtung der Spindel 9 aufgeweitet, um die Fläche 18 des Kolbenrohres 40 freizugegeben. Damit vermag sich das am Kolbenrohr 40 drehbare Teil mit der Friktionsfeder 20 und der Spindel 9 in Drehmomentrichtung zu drehen, bis das hülsenförmige Teil 14 wieder zum Kolbenrohr 40 gesperrt ist. Hierbei hat sich die Spindel 9 über das Schiebeprofil 13 relativ zum drehbaren Teil in Löserichtung verschoben. Mit anderen Worten folgt das hülsenförmige Teil 14 der Spindel beim mechanischen Lösen des eingebremsten Federspeicherbremszylinders der Drehbewegung der Schaltvorrichtung 23 unmittelbar nach, so daß auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 der Federspeicher beliebig langsam mit geringem Kraftaufwand von Hand gelöst werden kann. Entsprechend der Steigung des nicht-selbsthemmenden Gewindes des Gewindespindeltriebes 9, 10 müssen ein oder mehrere Umdrehungen der Schaltvorrichtung ausgeführt werden, bis der Federspeicher voll gelöst ist.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, daß in beiden Fällen nach den Ausführungsbeispielen in Fig. 2 und 3 beim mechanischen Lösen des Federspeicherbremszylinders die Lösestellung beliebig gewählt werden kann. Das heißt, der Federspeicherbremszylinder kann - je nach Wunsch - vollständig gelöst oder auch nur teilweise gelöst werden, so daß die Bremse mit einer entsprechend verringerten Kraft in der Bremsstellung verbleibt.
Anders als in Fig. 2 ist in Fig. 3 zwischen einem radial nach außen abgebogenen Flansch 42 der Schaltvorrichtung und einer Ausnehmung im Zylinderdeckel 2 eine Lagerung 42 für die Schaltvorrichtung angedeutet. Die einwandfreie Lagerung der Schaltvorrichtung ist notwendig, damit die Friktionsfeder nicht über ihren Betätigungszapfen in dem Spalt 43 der Schaltvorrichtung zur Unzeit geschaltet wird, was durch ein Verklemmen der Schaltvorrichtung am Zylinderdeckel 2 infolge nicht ausreichender Lagerung eintreten könnte.
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Claims

Patentansprüche 1. Federspeicherbremszylinder, insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit einer einseitig, axial unverschieblich abgestützten Speicherfeder, einemvon der Speicherfeder beaufschlagten Speicherfeder-Spannkolben, einem zwischen dem Speicherfeder-Spannkolben und der Kolbenstange des Spannkolbens angeordneten, bei eingebremstem Zylinder drehmomentbelasteten, nicht selbsthemmenden Gewindespindeltrieb aus zwei Teilen, von denen - relativ zueinander -das eine Teil drehfest und das andere Teil drehbar gelagert und mittels einer willkürlich schaltbaren Sperrkupplung festbremsbar ist, und mit einer Schaltvorrichtung zum Lösen der Sperrkupplung bei ausgefallenem Druckmedium, dadurch gekennnzeichnet, daß das bei eingebrelTlFite Zylinder von dem Gewindespindeltrieb abgegebene Drehmoment zwischen Kolben und Kolbenstange oder zwischen Kolben und Gewindespindeltrieb abgestützt ist.
2. Federspeicherbremszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben und der Kolbenstange ein axiales Schiebeprofil vorgesehen ist.
3. Fedorspei.cherbremszylinder nach Anspruch 1, dadurch gckennzeichnet, daß zwischen dem Kolben und dem Gewindespindeltrieb ein axiales Schiebeprofil vorgesehen ist.
4. Federspeicherbremszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben einen rohrförmigen Ansatz aufweist,daß zwischen dem Ansatz und einem Abschnitt der Kolbenstange das Schiebeprofil angeordnet ist, daß an einer rohrförmigen Verlängerung des Kolbenansatzes das als Mutter ausgebildete, drehbare Teil des Gewindespindeltriebes drehbar gelagert ist, wobei die Mutter in die Verschraubung des als-Gewindespindel ausgebildeten, drehfest gelagerten Teiles eingreift, und daß zwischen der Mutter und der Verlängerung des Kolbenansatzes die Sperrkupplung angeordnet ist.
5. Federspeicherbremszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mit einem rohrförmigen Ansatz versehen ist, d-aß an dem Ansatz das als Mutter ausgebildete, drehbare Teil des Gewindesspindeltriebes drehfest angeordnet ist, wobei die Mutter in die Verschraubung des als Gewindespindel ausgebildeten, drehbar gelagerten Teiles eingreift, daß an einer rohrförmigen Verlängerung des Kolbenansatzes ein hüisenförmiges Teil drehbar gelagert ist, daß zwischen dem hülsenförmigen Teil und der stangenförmigen Verlängerung der Gewindespindel ein axiales Schiebeprofil vorgesehen ist, und daß zwischen dem hülsenförmigen Teil und der Verlängerung des Kolbenansatzes die Sperrkupplung angeordnet ist.
6. Federspeicherbremszylinder nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine willkürlich schaltbare, in Drehmomentrichtung drehbar gelagerte Schaltvorrichtung bei ihrer Betätigung die Sperrkupplung lösend ausgebildet und entsprechend die Sperrkupplung zum selbsttätigen Schließen in Drehmomentrichtung der Drehbewegung der Schaltvorrichtung unmittelbar nacheilend ausgebildet ist.
7. Federspeicherbremszylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrkupplung eine Friktionsfeder ist.
8. Federspeicherbremszylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Friktionsfeder mit ihrem einen schaltbaren Ende mit mehreren Windungen eine zylindrische Kupplungsfläche an einem drehfest gelagerten Teil übergreift, deren Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der entsprechenden Friktionsfeder, und mit ihrem nicht-schaltbaren anderen Ende an dem drehbar gelagerten Teil des-Gewindespindeltriebes festgehalten ist.
9. Federspeicherbremszylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsfläche Teil des Federspeicher-Spannkolbens oder eines mit dem Federspeicher-Spannkolben drehfesten Elementes ist.
10. Federspeicherbremszylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Friktionsfeder mit ihrem einen schaltbaren Ende mit mehreren Windungen eine zylindrische Kupplungsfläche an einem drehbar gelagerten Teil des Gewindespindeltriebes übergreift, wobei der Außendurchmesser der Kupplungsfläche größer ist als der Innendurchmesser der entspannten Friktionsfeder, und mit ihrem anderen Ende am Federspeicher-Spannkolben oder an einem mit dem Federspeicher-Spannkolben fest verbundenen Element festgehalten ist.