WO2008031701A1

WO2008031701A1 - Selbstverstärkende hydraulische bremse

Info

Publication number: WO2008031701A1
Application number: PCT/EP2007/058767
Authority: WO
Inventors: Christian Stammen; Toni Schiffers
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2008-03-20
Also published as: AU2007296839A1; AU2007296839B2; CN101511655B; EP2061683A1; CN101511655A; RU2454338C2; TWI319366B; EP2061683B1; TW200821200A; ES2400690T3; US8201668B2; RU2009114165A; BRPI0716818A2; DE102006044022A1; US20100019567A1

Abstract

Um eine Vorrichtung (1) zum Bremsen einer bewegten Masse mit einem beweglich geführten Kopplungsglied (13) zum Andrücken eines Bremsbelages (14) an eine Bremsfläche (15) und einem mit Hydraulikflüssigkeit befüllten und mit dem Kopplungsglied (13) verbundenen Bremsaktor (8) zum Erzeugen einer Andruckkraft, die über das Kopplungsglied (13) in den Bremsbelag (14) einleitbar ist, wobei der Bremsbelag (14) über Verbindungsmittel (16) mit einem an einem Gestell der zu bremsenden Masse befestigbaren Druckgeber (18) verbunden ist, der einen mit Hydraulikflüssigkeit befüllten Abstützzylinder (19) und einen mit diesem zusammenwirkenden Abstützkolben (17) aufweist, und wobei der Abstützzylinder (19) über Hydraulikleitungen mit dem Bremszylinder (9) kommuniziert, bereitzustellen, welche eine verbesserte Einstellung der Bremsung ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass Regelungsmittel (42) die Bremskraft in Abhängigkeit eines vorgegebenen Sollwerts einstellen.

Description

Selbstverstärkende hydraulische Bremse

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bremsen einer bewegten Masse mit einem beweglich geführten Kopplungsglied zum Andrücken eines Bremsbelages an eine Bremsfläche und einem mit Hydraulikflüssigkeit befüllten und mit dem Kopplungsglied verbundenen Bremsaktor zum Erzeugen einer Andruckkraft, die über das Kopplungsglied in den Bremsbelag einleitbar ist, wo^¬ bei der Bremsbelag über Verbindungsmittel mit einem an einem Gestell der zu bremsenden Masse befestigbaren Druckgeber verbunden ist, der einen mit Hydraulikflüssigkeit befüllten Ab^¬ stützzylinder und einen mit diesem zusammenwirkenden Abstützkolben aufweist, und wobei der Abstützzylinder über Hydraulikleitungen mit dem Bremszylinder kommuniziert.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 34 41 128 Al bereits bekannt. Die dort offenbarte Vorrichtung weist einen Bremsak^¬ tor auf, der einen mit Hydraulikflüssigkeit befüllten Brems^¬ zylinder umfasst, wobei ein in den Zylinder hineinragendes Bewegteil mit einem Bremsauslöser zum Andrücken eines Bremsbelages an eine Bremsscheibe vorgesehen ist. Der Bremsaktor ist Teil eines Bremssattels, der auf einem Teilkreis beweg^¬ lich geführt ist. Tangential zum Teilkreis ist eine Zylinder^¬ bohrung als Abstützzylinder vorgesehen, wobei in dem Abstützzylinder ein Abstützkolben hineinragt, der an einem Fahrgestell einer zu bremsenden Masse abgestützt ist. Wird der Hyd^¬ raulikdruck in dem Bremszylinder erhöht, werden die Bremsbeläge an eine sich in Fahrtrichtung drehende Bremsscheibe ge^¬ drückt. Es kommt zum Reibschluss und somit zu einer Bewegung des Bremssattels tangential zur Drehrichtung der Bremsschei^¬ be, wobei der an dem Fahrgestell abgestützte und in den Ab^¬ stützzylinder hineinragende Abstützkolben tiefer in Abstütz- zylinder hinein bewegt wird. Der Abstützzylinder ist mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllt, deren Druck erhöht wird. Der Abstützzylinder ist über eine Hydraulikleitung mit dem Bremszylinder verbunden, so dass es zu einer fest vorgegebe- nen Kraftverstärkung kommt .

Die GB 1,019,982 beschreibt eine Vorrichtung mit einem innerhalb einer Bremsscheibe angeordneten Spreizglied als Brems^¬ auslöser, der zum Andrücken eines Bremsbelages an eine Brems- scheibe vorgesehen ist. Dabei ist das Spreizglied schwenkbar gelagert. Es wird aufgrund der im Bremsfall auftretenden Ver^¬ zögerungskraft in Abhängigkeit der Drehrichtung der Brems^¬ scheibe verschwenkt. Dabei ist das Spreizglied und somit der Bremsbelag über Hydraulikleitungen mit einem an dem Gestell einer zu bremsenden Masse befestigten Druckgeber verbunden, der einen Abstützzylinder und einen in den Abstützzylinder hineinragenden Abstützkolben aufweist. Durch das Verschwenken des Spreizgliedes wird der Abstützkolben in den Abstützzylinder hinein verschoben, wodurch die Hydraulikflüssigkeit des Abstützzylinders mit Druck beaufschlagt wird. Der Abstützzy^¬ linder ist über Hydraulikleitungen mit einem weiteren Spreizglied verbunden.

Die DE 43 04 905 Al beschreibt eine auf rein mechanischen Prinzipien basierende selbstverstärkende Bremse.

Die DE 15 30 869 beschreibt ein hydraulisches Bremssystem mit einem Bremsaktor, der über einen Bremsauslöser mit einem Bremsbelag verbunden ist. Ferner ist ein zusätzlicher Druck- geber in Form einer Zylinderbohrung vorgesehen, wobei die Zylinderbohrung mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllt ist, und die Hydraulikflüssigkeit nach dem Reibschluss zwischen Brems^¬ scheibe und Bremsbelag von einem Stößel komprimiert wird. Durch diese Kompression verstärkt sich die Bremskraft in dem Bremsaktor, so dass es zu einer Bremsverstärkung kommt.

Die gattungsgemäße Vorrichtung weist den Nachteil auf, dass eine Regelung der Bremskraft oder der Verzögerungskraft nur mit Hilfe eines Bremspedals ermöglicht ist. Die eigentliche Regelung erfolgt daher durch einen die Bremsung einleitenden Benutzer. Eine solche Regelung des Bremsvorganges ist jedoch insbesondere bei Schienenfahrzeugen unzureichend.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine kontrollierte Bremsung unabhängig von einer Betätigungskraft ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass Regelungsmit^¬ tel die Bremskraft in Abhängigkeit eines vorgegebenen Soll^¬ werts einstellen.

Im Rahmen der Erfindung sind Regelungsmittel vorgesehen, die trotz der Selbstverstärkung eine genaue Regelung der Bremsung ermöglichen. Erfindungsgemäß ist die Vorgabe eines Sollwertes vorgesehen, mit dem beispielsweise die Stärke der Bremsung bestimmbar ist. Die Bremsung erfolgt daher im Rahmen der Erfindung nicht mehr in Abhängigkeit der Muskelkraft eines Be- nutzers. Im Rahmen der Erfindung ist stattdessen das Vorgeben eines Sollwertes beispielsweise unter Einsatz elektrischer Hilfsmittel möglich. Der Sollwert ist beispielsweise verän^¬ derbar und wird vom Gewicht der zu bremsenden Masse hergelei^¬ tet. Auf diese Weise lassen sich vorhersagbare und genaue Bremsungen durchführen. Die zu bremsende Masse ist beispiels^¬ weise ein Kraftfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, eine Maschine oder dergleichen. Vorteilhafterweise sind die Regelungsmittel zum Regeln der Verzögerungskraft eingerichtet. Die Verzögerungskraft im Reibradius ist dabei gleich der Reibkraft, die beim Reib- schluss zwischen der Bremsfläche wie beispielsweise einer ro- tierenden Bremsscheibe und dem Bremsbelag wirkt, und stellt daher einen Parameter dar, mit dem die auftretende negative Beschleunigung der Masse genau vorhersagbar ist. So erlaubt insbesondere bei Fahrzeugen die Regelung der Verzögerungs^¬ kraft ein äußerst genaues Einstellen der Verzögerung des Fahrzeugs. Die Verzögerungskraft kann im Rahmen der Erfindung durch beliebige Sensoren, wie beispielsweise Beschleunigungs^¬ messer oder Kraftmesser, Dehnungsmessstreifen oder dergleichen als Istwert erfasst werden.

Vorteilhafterweise wird die Verzögerungskraft jedoch durch die Regelung des Abstützdruckes der Hydraulikflüssigkeit im Abstützzylinder geregelt, wobei die Regelungsmittel hierfür eingerichtet sind. Aufgrund der Verbindung zwischen Bremsbe^¬ lag und Druckgeber kann der Druck der Hydraulikflüssigkeit in dem Abstützzylinder als Maß für die Verzögerungskraft verwen^¬ det werden. Die Erfassung des Abstützdruckes und somit der Verzögerungskraft erfolgt hierbei beispielsweise durch ge^¬ eichte Druckgeber, die ein dem Druck in dem Abstützzylinder proportionales elektrisches Signal, beispielsweise eine e- lektrische Spannung, erzeugen. Diese Spannung dient dann bei der weiteren Regelung als Istwert und somit als Maß für den Abstützdruck .

Zweckmäßigerweise ist der Bremsbelag über die Verbindungsmit- tel mit dem Abstützzylinder verbunden, wobei der Abstützkolben am Gestell befestigt ist. Diese Variante der Erfindung ermöglicht eine besonders kompakte Herstellung der erfin^¬ dungsgemäßen Vorrichtung, da sämtliche mit Hydraulikflüssig^¬ keit befüllten Zylinder und Leitungen beispielsweise zu einem Bauteil zusammengefasst werden können. Insbesondere ist eine gemeinsame Herstellung dieser Bauteile ermöglicht. Lediglich der Abstützkolben beziehungsweise die sich vom Abstützkolben aus dem Abstützzylinder herauserstreckende Abstützstange ist mit ihrem freien vom Abstützkolben abgewandten Ende am Gestell der zu bremsenden Masse zu befestigen.

Gemäß einer hiervon abweichenden Ausgestaltung der Erfindung ist der Bremsbelag über die Verbindungsmittel mit dem Ab- stützkolben verbunden, wobei der Abstützzylinder am Gestell befestigt ist .

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstützzylinder des Druckgebers durch den Abstützkolben in eine Abstützkammer und in eine Abstützrückholkammer unterteilt, wobei die Regelungsmittel zum Regeln des Druckunter^¬ schiedes zwischen dem Hydraulikdruck in der Abstützkammer und dem Hydraulikdruck in der Abstützrückholkammer eingerichtet sind. Gemäß dieser zweckmäßigen Weiterentwicklung ist eine Selbstverstärkung der Bremsung und deren gleichzeitige Regelung in beiden Fahrtrichtungen möglich. Dieser Vorteil ist insbesondere bei Fahrzeugen als zu bremsende Masse, die in der Regel in beide Richtungen fahren, von Bedeutung. Vorteilhafterweise kommunizieren die Abstützkammer und die Abstütz- rückholkammer über Rückschlagventile mit einer Hochdruck- o- der Niederdruckleitung.

Vorteilhafterweise sind in dem Abstützzylinder Druckfedern angeordnet. Die Druckfedern bewirken bei Druckabfall ein Zu- rückwandern des Abstützkolbens in eine Normalstellung. Wäre der Abstützkolben beim Einleiten einer Bremsung beispielsweise bereits in der Nähe einer Abschlusswand des Abstützzylin^¬ ders angeordnet, bestünde die Gefahr eines Bremsausfalles, da der Abstützkolben vom Bremsbelag gegen die Abschlusswand ge- presst werden könnte.

Zweckmäßigerweise sind in der Abstützkammer und in der Ab- stützrückholkammer Druckfedern vorgesehen, wobei ein Druckge- berrückstellventil zum Druckausgleich zwischen der Abstützkammer und der Abstützrückholkammer vorgesehen ist und wobei eine Steuerungseinheit den Druckausgleich durch das Druckge- berrückstellventil und die Druckfedern einleitet. Gemäß die- ser vorteilhaften Weiterentwicklung ist das Überführen des Druckgebers in seine Normalstellung auch dann möglich, wenn der Abstützzylinder ein zwei Kammern aufweisender Zylinder ist. Dabei sorgt das Druckgeberrückstellventil für einen Druckausgleich zwischen der Abstützkammer und der Abstütz- rückholkammer, wobei die in den jeweiligen Kammern angeordneten Druckfedern für eine entsprechende Verschiebung des Abstützkolbens innerhalb des Abstützzylinders sorgen. Befindet sich der Abstützkolben wieder in seiner Ausgangsstellung, die vorteilhafterweise die Mittelstellung ist, kann ein erneuter Bremsvorgang ohne die Gefahr eingeleitet werden, dass der Abstützkolben an einer Begrenzungswand des Abstützzylinders an^¬ schlägt und ein folgenschwerer Bremsfehler auftritt.

Vorteilhafterweise umfassen die Regelungsmittel Druckerfas- sungsmittel zum Erfassen eines Druckwertes oder eines Druck^¬ differenzwertes als Istwert, einen Vergleicher, der einen vorgegebenen Sollwert mit dem Istwert unter Gewinnung eines Differenzwertes vergleicht, eine Regelungseinheit und das Bremsventil zum Einstellen des Druckes der Hydraulikflüssig- keit in dem Bremsaktor, wobei die Regelungseinheit so auf das Bremsventil wirkt, dass der Differenzwert minimiert wird. Wie bereits weiter oben angedeutet ist, sind die Druckerfassungs^¬ mittel beispielsweise als Druck-Spannungsumsetzer oder Druck- Stromumsetzer realisiert, wobei beispielsweise ein geeichter Druck-Spannungsumsetzer ein dem Druck im Abstützzylinder oder im Bremsaktor entsprechenden geeichten Spannungswert erzeugt, der dann als zu regelnder Istwert bei der Regelung eingesetzt wird. Beim Einsatz von Zylindern, die zwei Kammern auf unter- schiedlichen Seiten des Kolbens innerhalb des Zylinders auf^¬ weisen, dienen zwei Druck-Spannungs- oder Druck-Stromumsetzer zum Bilden des Druckdifferenzwertes, wobei jeder Umsetzer in einer Kammer angeordnet ist. Der Differenzwert der Umsetzer oder mit anderen Worten der Istwert wird anschließend einem Vergleicher zugeführt, der den Istwert mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht. Der Sollwert wird beispielsweise von ei^¬ nem Fahrzeugführer, einer Sicherheitseinrichtung oder von einer übergeordneten Steuerung vorgegeben. Der Vergleicher erzeugt einen Differenzwert aus dem Istwert und dem Sollwert, wobei eine dem Vergleicher nachgeschaltete Regelungseinheit zum Minimieren des Differenzwertes eingerichtet ist . Dabei umfasst die Regelungseinheit einen zweckmäßigen Regler, der auf das Bremsventil einwirkt . Das Bremsventil ist zum Ein^¬ stellen des Druckes der Hydraulikflüssigkeit vorzugsweise in dem Bremsaktor eingerichtet. Der Druck der Hydraulikflüssig^¬ keit im Bremsaktor bestimmt die Andruckkraft, die über das Kopplungsglied in den Bremsbelag eingeleitet wird. Dabei ist die eingeleitete Andruckkraft, mit welcher der Bremsbelag ge^¬ gen die Bremsscheibe gedrückt wird, im Wesentlichen recht- winklig zur besagten Bremsscheibe ausgerichtet.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung wirkt das Bremsventil mit einem fluidischen Hochdruckkreis und einem fluidischen Niederdruckkreis zusammen.

Das Bremsventil kann beispielsweise ein einziges analoges Bremsventil sein oder mehrere analoge Bremsventile umfassen. Abweichend davon umfasst das Bremsventil eine Vielzahl von digitalen Bremseinheiten, wobei jede Bremseinheit zwei Schaltstellungen aufweist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Bremsventil ein analoges Schieberventil, wobei die Regelungseinheit ein Ana^¬ logregler oder ein digitaler Regler mit analogen oder pulsmodulierten Ausgang ist. Das Schieberventil weist beispielswei^¬ se zwei Ausgänge auf, die an die beiden Kammern eines Zylin^¬ ders angelegt werden können. Eingangsseitig ist das Schieber- ventil mit den Hydraulikleitungen und vorteilhafterweise mit einem Hochdruckkreis und einem Niederdruckkreis verbunden. Der Druckunterschied im Zylinder wird durch die mechanische Stellung eines mechanisch verschiebbaren Schiebeteils bestimmt. Dabei können beliebige Druckdifferenzen erzeugt wer- den, die innerhalb der eingangsseitigen Druckdifferenz beispielsweise zwischen einem fluidischen Niederdruckkreis und einem fluidischen Hochdruckkreis liegen. Darüber hinaus ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass das analoge Schieberventil nur einen einzigen Ausgang aufweist, wobei der Bremsaktor über lediglich eine Kammer verfügt. Am Ausgang des Schieberventils sind beliebige Drücke innerhalb der Druckdif^¬ ferenz zwischen eingangsseitig anliegenden Hochdruck- und Niederdruckkreisen einstellbar. Das Schieberventil ist beispielsweise durch elektromagnetisch erzeugte Kräfte ansprech- bar. Vorteilhafterweise ist das Schieberventil ein Proportio^¬ nalventil .

Gemäß einer hiervon abweichenden Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Bremsventil eine Reihe von Schaltventilen mit zwei Schaltstellungen, wobei die Regeleinheit eine digitale

Regeleinheit oder eine analoge Regeleinheit mit digitalem Um^¬ setzer ist. Gemäß dieser Ausgestaltung besteht das Bremsventil aus einer Reihe von Zwei-Stellungsschaltventilen, wobei jedes Zwei-Stellungsschaltventil eingangsseitig mit dem flui- dischen Hochdruckkreis und dem fluidischen Niederdruckkreis verbunden ist oder mit anderen Worten kommuniziert. Ausgangs- seitig ist jedes Schaltventil mit dem Bremsaktor verbunden. Der Druck im Bremsaktor ist daher quasi digital einstellbar. Hierbei werden die Zwei-Stellungsschaltventile von der Steue^¬ rungseinheit beispielsweise im Millisekundentakt geschaltet.

Vorteilhafterweise umfasst das Kopplungsglied eine Hebelme^¬ chanik. Gemäß dieser zweckmäßigen Weiterentwicklung ist der Bremsbelag nicht durch eine einfache Schubstange mit dem

Bremskolben des Bremsaktors verbunden. Vielmehr wird die vom Bremsaktor erzeugte Bremsbewegung im Zuge der Hebelmechanik in den Bremsbelag eingeleitet, bis es zum Eingriff des Brems^¬ belages in die Bremsscheibe und somit zum Reibschluss zwi- sehen diesen beiden Bauteilen kommt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung umfasst der Bremsaktor einen mit Hydraulikflüssigkeit befüllten Bremszylinder und einen Bremskolben, die relativ zueinander beweglich sind. Abweichend von dieser üblichen Ausgestaltung des Bremsaktors sind jedoch im Rahmen der Erfindung auch andere Bremsaktoren, die dem Fachmann als solche bekannt sind, einsetzbar.

Zweckmäßigerweise ist der Bremskolben fest mit dem Kopplungs- glied verbunden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Bremszylinder durch den Bremskolben in eine Bremskammer und in eine Bremsrückholkammer unterteilt. Der Bremszylinder ist mit anderen Worten als Differenzialzylinder ausgestaltet. Die sich einstellende Bremskraft ist daher im Wesentlichen von dem Druckunterschied zwischen Bremskammer und Bremsrückhol^¬ kammer abhängig. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Kopplungsglied eine Bremsstange, die sich durch die Bremsrückholkammer erstreckt. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird bei Druckgleich- heit zwischen Bremskammer und Bremsrückholkammer aufgrund der größeren Fläche des Bremskolbens in der Bremskammer eine hö^¬ here Kraft in der Bremskammer erzeugt, so dass der Bremskol^¬ ben bei Druckgleichheit aus seiner Mittenstellung hinaus ver^¬ schoben wird. Dies ist beispielsweise zum Einleiten einer Si- cherheitsbremsung bei Druckausfall vorteilhaft. Hinzu kann die Wirkung einer Vorspannfeder treten.

Vorteilhafterweise umfasst der Bremsaktor einen Bremszylinder und einen Bremskolben, der den Bremszylinder in eine Brems- kammer und in eine Bremsrückholkammer unterteilt, wobei die Bremskammer und die Bremsrückholkammer mittels eines Bremsventils sowohl mit einem fluidischen Hochdruckkreis als auch mit einem fluidischen Niederdruckkreis verbindbar sind.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist eine Vorspannfeder zum Andrücken des Bremsbelags an die Bremsscheibe vorgesehen. Die Anordnung der Vorspannfeder ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig. Liegt kein Druck in den Hydraulikleitungen vor, bleibt der Bremsbelag von der Kraft der Vorspannfeder gegen die Bremsscheibe gedrückt .

Vorteilhafterweise sind ein Hochdruckbehälter, der Teil eines Hochdruckkreises ist, und ein Niederdruckbehälter, der Teil eines Niederdruckkreises ist, zum Bereitstellen von Hydrau^¬ likflüssigkeit vorgesehen, wobei der Hochdruckkreis und der Niederdruckkreis mit dem Bremsventil verbunden sind. Das Bremsventil ist zweckmäßigerweise zum Erzeugen beliebiger Drücke im Bremsaktor vorgesehen, wobei die erzeugbaren Drücke im Bereich der Druckdifferenz zwischen Hochdruckkreis und Niederdruckkreis liegen.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist jeder Hochdruckbehälter und jeder Niederdruckbehälter jeweils mit einem Rückschlagventil und einer Drossel ausgerüstet. Ü- bersteigt der Druck im Hochdruckbehälter beziehungsweise im Niederdruckbehälter den Druck im Hochdruckkreis beziehungsweise im Niederdruckkreis wird über die Drossel Hydraulik^¬ flüssigkeit von dem jeweiligen Druckbehälter in den Hydraulikkreis nachgeführt, so dass stets eine ausreichende Menge an Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung steht. Das Laden der Speicher kann über das Rückschlagventil schnell und mit ge^¬ ringem Druckverlust erfolgen. Durch geeignete Wahl von Drossel und Rückschlagventil kann die Dynamik des Lade- /Entladevorgangs für die Anwendung optimiert werden.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin^¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungs^¬ gemäßen Vorrichtung und

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung zeigen.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungs^¬ gemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 umfasst einen Hochdruckkreis 2 sowie einen Niederdruckkreis 3, die jeweils mit einem Hoch^¬ druckbehälter 4 beziehungsweise mit einem Niederdruckbehälter 5 kommunizieren. Der Hochdruckbehälter 4 und der Niederdruckbehälter 5 sind jeweils mit einer Kombination aus Drossel und Rückschlagventil 6 ausgerüstet, über das diese mit der jewei^¬ ligen Hydraulikleitung 2,3 verbunden ist. Ist der Druck in der jeweils zugeordneten Hydraulikleitung 2,3 geringer als in dem Hochdruckbehälter 4 beziehungsweise dem Niederdruckbehäl^¬ ter 5, tritt Hydraulikflüssigkeit aus dem jeweiligen Druckbe- hälter 4,5 aus und wird dem System zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise wird einem Mangel an Hydraulikflüssigkeit entgegengewirkt. Der Hochdruckkreis 2 und der Niederdruck^¬ kreis 3 sind über ein analoges Schieberregelventil 7 als Bremsventil mit einem Bremsaktor 8 verbunden, der einen Bremszylinder 9 aufweist. Der Bremszylinder 9 ist durch einen Bremskolben 10 in eine Bremskammer 11 sowie eine Bremsrück- holkammer 12 unterteilt. Vom Druckkolben 10 erstreckt sich eine Kopplungsstange 13 als Kopplungsglied zu einem Bremsbe^¬ lag 14, der zum Andrücken an eine Bremsscheibe 15 vorgesehen ist. In der Figur 1 sind die Bremsscheibe 15 und der Bremsbe^¬ lag 14 sowohl in einer Draufsicht als auch in einer Seitenansicht gezeigt .

In der in Figur 1 oben gezeigten Darstellung ist erkennbar, dass der Bremsbelag 14 über Abstützmittel 16, wie beispiels^¬ weise eine einfache Stange oder eine beliebige andere Hebel^¬ mechanik mit dem Abstützkolben 17 eines Druckgebers 18 verbunden ist. Der Druckgeber 18 weist neben dem Abstützkolben 17 einen Abstützzylinder 19 auf. Der Abstützkolben 17 teilt den Abstützzylinder 19 in eine Abstützkammer 20 sowie in eine Abstützrückholkammer 21. In der Abstützkammer 20 und in der Abstützrückholkammer 21 sind jeweils Druckfedern 22 angeordnet . Der Bremsbelag 14 ist tangential zur Drehrichtung der Drehscheibe 15 beweglich gelagert und daher an dem an einem Fahrgestell eines Schienenfahrzeugs befestigten Druckgeber abge^¬ stützt .

Die Abstützkammer 20 und die Abstützrückholkammer 21 sind jeweils über zweckmäßige Hydraulikleitungen 23 beziehungsweise 24 mit dem Hochdruckkreis 2 beziehungsweise dem Niederdruck^¬ kreis 3 verbunden. Dabei kommunizieren die Hydraulikleitungen 23, 24 mit Rückschlagventilen 25 bis 28. Die in der Hydrau^¬ likleitung 24 der Abstützrückholkammer 21 angeordneten Rückschlagventile 25, 26 sind gegensinnig zueinander ausgerichtet. Herrscht in der Abstützrückholkammer 21 ein höherer Druck als im Niederdruckkreis 3, verschließt das Rückschlag- ventil 25 die Verbindung zwischen der Hydraulikleitung 24 und dem Niederdruckkreis 3. Ist hingegen der Druck in der Ab^¬ stützrückholkammer 21 größer als der in dem Hochdruckkreis 2, öffnet das Rückschlagventil 26, so dass Fluid wie beispiels^¬ weise eine geeignete Hydraulikflüssigkeit aus der Abstütz- rückholkammer 21 verdrängt und in den Hochdruckbehälter 4 ü- berführt wird. Ist der Druck in der Abstützrückholkammer 21 hingegen niedriger als im Niederdruckkreis 3, öffnet das Ven^¬ til 25, so dass ein Zufluss von Hydraulikflüssigkeit aus dem Niederdruckbehälter 5 in die Abstützrückholkammer 21 ermög- licht ist. Entsprechendes gilt für das Zusammenwirken der Ab^¬ stützkammer 20 und den Rückschlagventilen 27, 28 über die Hydraulikleitung 23.

In Figur 1 ist ferner ein Druckgeberrückstellventil 29 er- kennbar, das über Hydraulikleitungen 30 und 31 mit der Abstützkammer 20 beziehungsweise der Abstützrückholkammer 21 kommuniziert. Das Druckgeberrückstellventil 29 verfügt über ein Schiebeglied 32, das bei Bestätigung den Druckausgleich zwischen der Abstützkammer 20 und der Abstützrückholkammer 21 herbeiführt. Liegt ein Druckausgleich vor, verschieben die Druckfedern 22 den Abstützkolben 17 wieder in die in Figur 1 gezeigte Mittelstellung. Auf diese Weise wird vermieden, dass der Abstützkolben 17 gegen eine Begrenzung des Abstützzylin- ders 19 verschoben und somit die Bremsverstärkung unterbro^¬ chen wird. Zum Bestätigen des Druckgeberrückstellventils 29 dient eine zweckmäßige Druckausgleichsteuereinheit 33. Die Betätigung erfolgt beispielsweise über elektromagnetische Kräfte.

Die Druckausgleichsteuereinheit 33 wirkt ferner auf ein Ven^¬ til 34 ein, das ein bewusstes Abkoppeln des Speichers 4 aus dem Hochdruckkreis 2 beispielsweise zur Reduktion des Ab^¬ stützkolbenwegs oder zu Wartungszwecken ermöglicht. Das Ven- til 34 ist im Normalbetrieb geöffnet.

Die Hydraulikleitungen 23 und 24 sind jeweils mit geeichten figürlich nicht dargestellten Druck-Spannungsumsetzern versehen. Jeder Druck-Spannungsumsetzer stellt eine dem Druck in der Abstützkammer 20 beziehungsweise in der Abstützrückhol- kammer 21 proportionale Spannung an seinem Ausgang bereit. Der Ausgang jedes Druck-Spannungsumsetzers liegt an dem Ein^¬ gang eines Differenzbildners 35 an. Der Differenzbildner 35 ist ausgangsseitig mit einem Betragsbildner 36 verbunden, der aus der vom Differenzbildner 35 bereitgestellten Druckdifferenz Δp den Betrag |Δp| berechnet. Der Betrag der Druckdiffe^¬ renz |Δp| wird schließlich an den Eingang eines Vergleichers 37 gelegt. Am zweiten Eingang des Vergleichers 37 liegt eine Solldruckdifferenz Δp_son als Sollwert an, die ausgehend von einer Sollkraft F_son und in Abhängigkeit eines vorgegebenen Flächenfaktors 38 berechnet wird. Die Sollkraft F_son wird mittels einer zweckmäßigen Steuerungseinheit 39 durch einen Benutzer der Vorrichtung eingegeben. Der Vergleicher 37 er- zeugt an seinem Ausgang einen Differenzwert ΔF, der an dem Eingang einer Regeleinheit 40 anliegt, die anschließend ein Verschiebelement 41 des Bremsventils 7 so verschiebt, dass der Differenzwert ΔF minimiert wird. Das Bremsventil 7 ist beispielsweise ein Proportionalventil.

Zum Andrücken des Bremsbelages 14 an die Bremsscheibe 15 dient eine Vorspannfeder 45. Die Vorspannfeder 45 drückt den Bremsbelag gegen die Bremsscheibe, falls sich hydraulisch keine Andruckkraft erzeugen lässt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist wie folgt: Zum Einleiten eines Bremsvorganges wird eine Sollkraft F_soii über die Regelungsmittel 42 angefordert. Die Regelungs- mittel 42 umfassen die Steuerungseinheit 39, die figürlich nicht dargestellten Messsensoren, den Differenzbildner 35, den Betragsbildner 36, den Flächenfaktorbilder 38, den Vergleicher 37, die Regeleinheit 40 und das Bremsventil 7. Die Druckdifferenz Δp zwischen der Abstützkammer 20 und der Abstützrückholkammer 21 ist zu Beginn der Bremsung gleich null, so dass ein großer Differenzwert ΔF durch den Verglei^¬ cher 37 erzeugt wird. Die Regeleinheit 40 verschiebt an^¬ schließend das Verschiebelement 41 nach links, so dass ein großer Druckunterschied zwischen der Bremskammer 11 und der Bremsrückholkammer 12 erzeugt wird. Dabei ist der Druck in der Bremskammer 11 höher als in der Bremsrückholkammer 12. Es kommt zu einem Verschieben des Bremskolbens 10 und somit zum Einleiten einer Andruckkraft F_N in der mit den Pfeilen angedeuteten Richtung auf die Bremsscheibe 5. Durch den Reib- Schluss zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe wird eine tan^¬ gential zur Drehrichtung der Bremsscheibe gerichtete Reib^¬ kraft oder mit anderen Worten eine Verzögerungskraft F_lst er^¬ zeugt. Die Verzögerungskraft F_lst wird aufgrund der bewegli- chen Lagerung des Bremsbelages 14 über die Verbindungsmittel 16, also die Hebelmechanik, in den Abstützkolben 17 eingeleitet. Der Abstützkolben 17 wird bei einer Drehung der Bremsscheibe 15 im Uhrzeigersinn aus der in Figur 1 gezeigten Stellung nach rechts verschoben. In der Abstützkammer 20 erhöht sich daher der Druck der Hydraulikflüssigkeit gegenüber dem Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Abstützrückholkam- mer 21. Die Drücke werden jeweils durch die Druck- Spannungsumsetzer erfasst und an den Eingang des Differenz- bildners 35 gelegt. Dies führt am Ausgang des Differenzbild^¬ ners 35 zu einer Druckdifferenz Δp und somit zu einem entsprechenden Betrag |Δp| oder Absolutwert am Ausgang des Betragsbildners 36. Der Differenzwert ΔF verkleinert sich, wo^¬ bei die Regelungseinheit 40 im weiteren Verlauf der Regelung dafür sorgt, dass der Differenzwert ΔF schließlich minimiert wird. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß eine Selbstver^¬ stärkung und eine gleichzeitige Regelung der Bremskraft be^¬ reitgestellt .

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 unterscheidet sich von dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen durch die Ausgestaltung des Bremsventils 7. In Figur 2 weist das Bremsventil 7 eine Vielzahl von Schaltventilen 43a, 43b, 43c und 43d auf, die jeweils lediglich über zwei Schaltstel- lungen verfügen. Dabei dient ein Verschiebelement 44 jedes Schaltventils 43a...43d zur Auswahl der jeweiligen Schalt^¬ stellung. In der ersten Schaltstellung ist die Verbindung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Schaltventils 43 unterbrochen. In einer zweiten Schaltstellung liegt der Ein- gangsdruck jedes Schaltventils 43a...43d auch ausgangsseitig an. Die Schaltventile 43a und 43c sind mit dem Hochdruckkreis 2, die Schaltventile 43b und 43d mit dem Niederdruckkreis 3 verbunden. Wird das Ventil 43a beispielsweise in seine Durch- gangsstellung überführt, liegt am Ausgang des Schaltventils 43a der Druck des Hochdruckkreises 2 an. Mit anderen Worten kommuniziert die Bremskammer 11 mit dem Hochdruckkreis 2. Wird durch Verschieben des Verschiebelementes 44 des Schalt- ventils 43d in seine Durchgangsstellung in der Bremsrückhol- kammer 12 der Druck des Niederdruckkreises 3 angelegt, ist die durch den Bremsaktor 18 erzeugte Druckdifferenz und somit die Bremskraft am größten.

Die restlichen Regelungsmittel 42 unterscheiden sich von den in Figur 1 gezeigten Regelungsmitteln 42 lediglich durch einen digitalen Regler 46, der als solcher dem Fachmann bekannt, so dass an dieser Stelle darauf nicht eingegangen zu werden braucht. Der digitale Regler 46 ist zum Verschieben des Verschiebungselementes 44 jedes Schaltventils im Millise^¬ kundentakt eingerichtet. Dabei dient eine entsprechende Lo^¬ gik, die in der digitalen Steuerung abgelegt ist, zum Herbeiführen der gewünschten Bremsregelung. Durch das kurzzeitige Schalten können nahezu beliebige Druckdifferenzen im Bremszy- linder 8 erzeugt werden.

Claims

Patentansprüche

1 Vorrichtung (1) zum Bremsen einer bewegten Masse mit

- einem beweglich geführten Kopplungsglied (13) zum Andrücken eines Bremsbelages (14) an eine Bremsfläche (15) und

- einem mit Hydraulikflüssigkeit befüllten und mit dem Kopp^¬ lungsglied (13) verbundenen Bremsaktor (8) zum Erzeugen einer Andruckkraft, die über das Kopplungsglied (13) in den Brems^¬ belag (14) einleitbar ist, - wobei der Bremsbelag '(14) über Verbindungsmittel (16) mit einem an einem Gestell der zu bremsenden Masse befestigbaren Druckgeber (18) verbunden ist, der einen mit Hydraulikflüssigkeit befüllten Abstützzylinder (19) und einen mit diesem zusammenwirkenden Abstützkolben (17) aufweist, und wobei der Abstützzylinder (19) über Hydraulikleitungen (2,3) mit dem Bremszylinder (9) kommuniziert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass Rege^¬ lungsmittel (42) die Bremskraft in Abhängigkeit eines vorge^¬ gebenen Sollwerts einstellen.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regelungsmittel (42) zum Regeln der Verzögerungskraft eingerichtet sind.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regelungsmittel (42) zum Regeln eines Abstützdruckes der Hydraulikflüssigkeit in dem Abstützzylinder (19) eingerichtet sind.

4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bremsbelag (14) über die Verbindungsmittel (16) mit dem Abstützzylinder (19) verbunden und der Abstützkolben (17) an einem Gestell der zu bremsenden Masse befestigt ist.

5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bremsbelag (14) über die Verbindungsmittel (16) mit dem Abstützkolben (17) verbunden und der Abstützzylinder (19) am Gestell befestigt ist.

6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ab^¬ stützzylinder (19) durch den Abstützkolben (17) in eine Abstützkammer (20) und eine Abstützrückholkammer (21) unterteilt ist, wobei die Regelungsmittel (42) zum Regeln des Druckunterschiedes zwischen dem Hydraulikdruck in der Abstützkammer (20) und dem Hydraulikdruck in der Abstützrückholkammer (21) eingerichtet sind.

7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h

Druckfedern (22), die in dem Abstützzylinder (19) angeordnet sind.

8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der Ab^¬ stützkammer (20) und in der Abstützrückholkammer (21) Druckfedern (22) vorgesehen sind, wobei ein Druckgeberrückstell- ventil (29) zum Druckausgleich zwischen der Abstützkammer (20) und der Abstützrückholkammer (21) vorgesehen ist und wo- bei eine Steuerungseinheit (33) den Druckausgleich durch das Druckgeberrückstellventil (29) und die Druckfedern (22) ein^¬ leitet.

9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regelungsmittel (42)

- Druckerfassungsmittel zum Erfassen eines Druckwertes oder eines Druckdifferenzwertes Δp als Ist-Wert,

- einen Vergleicher (37), der einen vorgegebenen Soll-Wert mit dem Ist-Wert unter Gewinnung eines Differenzwertes ΔF vergleicht,

- eine Regelungseinheit (40) und - das Bremsventil (7) zum Einstellen des Drucks der Hydrau^¬ likflüssigkeit in dem Bremsaktor (8) umfassen,

- wobei die Reglungseinheit (40) so auf das Bremsventil (7) wirkt, dass der Differenzwert ΔF minimiert wird.

10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bremsventil (7) mit einem fluidischen Hochdruckkreis (3) und einem fluidischen Niederdruckkreis (2) kommuniziert.

11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Brems^¬ ventil ein analoges Schieberventil (7) und die Regelungsein^¬ heit (40) ein Analogregler oder ein digitaler Regler mit analogem oder pulsmoduliertem Ausgang ist.

12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Brems^¬ ventil (7) eine Reihe von Schaltventilen (43a, 43b, 43c, 43d) mit zwei Schaltstellungen umfasst, wobei die Regeleinheit ei- ne digitale Regeleinheit (46) oder eine analoge Regeleinheit mit digitalem Umsetzer ist.

13. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kopp^¬ lungsglied (13) eine Hebelmechanik umfasst.

14. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bremsaktor (8) einen mit Hydraulikflüssigkeit befüllten Bremszylinder (9) und einen Bremskolben (10) aufweist, die relativ zueinander beweglich sind.

15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bremskolben (10) mit dem Kopplungsglied (13) verbunden ist.

16. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bremszylinder (9) durch den Bremskolben (10) in eine Bremskammer (11) und eine Bremsrückholkammer (12) unterteilt ist.

17. Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kopplungsglied (13) eine Bremsstange umfasst, die sich durch die Bremsrückholkammer (12) erstreckt.

18. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Vorspannfeder zum Andrücken des Bremsbelags an die Bremsfläche.

19. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Hochdruckbehälter (5) und einen Niederdruckbehälter (4) zum Bereitstellen von Hydraulikflüssigkeit.

20. Vorrichtung (1) nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Hoch^¬ druckbehälter (5) und der Niederdruckbehälter (4) jeweils ü- ber ein Rückschlagventil (6) und eine Drossel mit den Hydrau^¬ likleitungen sowie dem Abstützzylinder (19) und über ein Bremsventil (7) mit dem Bremszylinder (9) verbunden sind.