CH694692A5 - Walkrollenbremse. - Google Patents

Description

  



   Die vorliegende Erfindung betrifft eine Walkrollenbremse gemäss Oberbegriff  des Patentanspruchs 1. 



   Am Radumfang wirkende Reibungsbremsen sind bekannt, seit es Fahrzeuge  mit Rädern gibt, deren Lauf gebremst werden soll. In der Regel ist  die Materialpaarung so gewählt, dass der Radkranz aus einem abriebfesten  Material besteht und ein Bremsschuh einem gewissen Abrieb unterliegt,  welcher durch die Reibung zwischen Radkranz und Bremsschuh entsteht.  Nach einer gewissen Einsatzzeit ist der Abrieb am Bremsschuh gross  und man ersetzt den Teil des Bremsschuhs, der direkt mit dem Radkranz  in Kontakt kommt und dem Abrieb ausgesetzt ist. Diese Anordnung ist  bekannt bei konventionellen Bremssystemen der Bahn. 



   Nach Einführung von Rädern mit elastischen Radkränzen, wie sie zum  Beispiel bei luftgefüllten Reifen anzutreffen sind, bietet eine Bremse  mit direktem Kontakt zum elastischen Radkranz gewisse Probleme. Trotzdem  fanden solche Bremsen z.B. bei Fahrrädern vor allem für Vorderradbremsen  Anwendung und haben sich auch durchaus bewährt. Die Problematik dieser  Bremsen liegt darin, dass bei lang dauerndem Bremsvorgang die     Vorrichtung durch direkte Reibung sehr heiss wird. Ein anderer Nachteil  dieser Vorrichtung liegt darin, dass Einflüsse von aussen wie z.B.  nasse oder gar ölverschmierte Fahrbahn den Bremseffekt stark beeinflussen.  Der Radkranz nimmt an seinem Umfang die Flüssigkeit vom Boden auf,  welche dann für die Bremsvorrichtung wie ein Gleit- oder Schmiermittel  wirkt 



   Die Vorteile von direkten Bremsen auf den Radkranz liegen anderseits  darin, dass die Betätigungsvorrichtung, also z.B. das Bremsgestänge  relativ einfach aufgebaut werden kann. Alles was diese Bremse benötigt,  ist eine Vorrichtung, die es ermöglicht, dass die Bremsvorrichtung  am Umfang des Radkranzes mit Kraft in Richtung des Zentrums des Rades  bewegt werden kann. Dabei muss diese Vorrichtung durch eine starke  Halterung fixiert werden, mit welcher die Kräfte am Umfang des Rades  während des Bremsvorganges durch direkte Reibung zwischen dem laufenden  Rad und der Bremsvorrichtung entstehen, aufgefangen werden können.                                                             



   Ein grosser Nachteil solcher direkter am Radumfang wirkenden Reibungsbremsen  liegt darin, dass bei kleiner Umfangsgeschwindigkeit des Rades plötzlich  eine Blockade der Bremse erfolgen kann. Solche Blockaden werden erzeugt  durch den Übergang vom    Zustand der gleitenden Reibung zum Zustand  der haftenden Reibung. Die Reibungskoeffizienten während des Gleitens  und im Stillstand, in der Literatur kurz Gleitwert und Haftwert genannt,  sind verschieden. Der Gleitwert ist immer kleiner als der Haftwert;  d.h. die aufzubringende Kraft um einen Körper an einer schiefen Fläche  aus dem Stillstand in Bewegung zu setzen, ist grösser als die Kraft,  die notwendig ist, denselben Körper wenn er gleitet in Bewegung zu  halten. Dieser Effekt wird unabhängig von der Materialpaarung beobachtet.

    Im Fall einer am Radumfang wirkenden Reibungsbremse hat dies zur  Folge, dass der Übergang vom Zustand in dem gleitende Reibung vorliegt,  auf den Zustand bei dem haftende Reibung gilt, als Blockade erfahren  wird. Nach gleichmässigem Langsamwerden, steht das Rad oder das Fahrzeug  dann plötzlich still. Extrem sind solche Effekte, wenn das Rad nicht  rund ist. Die Reibungsbremse hängt dann am höchsten Punkt plötzlich  ein und blockiert unverhofft. Gegen diesen Effekt hilft auch kein  subtiles Bremsen von Hand. 



   Bei der Eisenbahn spürt man zwar den Ruck, er ist aber einigermassen  erträglich, weil die Materialpaarung Gusseisen für die Bremsschuhe  und Stahl für den Radkranz nahe beieinander liegende Gleit- und Haftwerte  aufweisen und der Rundlauf von Stahlrädern sehr gut ist. Nimmt man  nun beim Fahrrad die    Materialpaarung Gummi und hat erst noch einen  vollelastischen Reifen am Rad und einen Vollgummiblock an der Umfangsbremse,  so kann der Übergang vom Gleit- zum Haftwert dermassen gross sein,  dass ein Sturz die Folge ist. Die Gefahr nimmt zu, je kleiner der  Durchmesser des mit einer Umfangsbremse gebremsten Rades ist. 



   Auch bei den hochentwickelten Autobremsen stellt man fest, dass der  Haftwert der Bremsbacken/Bremsscheiben-Paarung höher ist, als der  Gleitwert zwischen den Reifen und dem Asphalt. Das Fahrzeug ist aber  nur lenkbar, wenn zwischen Reifen und der Fahrbahn die haftende Reibung  auftritt. Man behilft sich deshalb bei Autos mit dem aufwändigen  Anti-Blockierungs-System ABS, welches diesen unerwünschten Effekt  elektronisch korrigiert. Damit kann man durch intermittierendes Bremsen  immer wieder vom Übergangseffekt Haftwert zum Gleitwert am Umfang  der Räder profitieren und das Fahrzeug bleibt steuerbar. 



   Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe eine am  Radumfang wirkende Reibungsbremse der eingangs genannten Art derart  zu verbessern, dass die Vorteile der direkten Radbremse beibehalten  werden können, deren oben geschilderte Nachteile gemindert    werden  und eine feine, ruckfreie Verzögerung erreicht werden kann, die wie  ein Anti-Blockier-System wirkt. 



   Diese Aufgabe löst eine Walkrollenbremse mit den Merkmalen des Patentanspruches  1. Weitere erfindungsgemässe Merkmale gehen aus den abhängigen Ansprüchen  hervor und deren Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung  erläutert. 



   In der Zeichnung zeigt:      Fig. 1 Darstellung einer Walkrollenbremse     Fig. 2 Darstellung einer Walkrollenbremse im Eingriff     Fig. 3 Walkrollenbremse mit direktem Krafthebel     Fig. 4 Walkrollenbremse  mit einarmigem Hebel     Fig. 5 Walkrollenbremse mit zweiarmigem  Hebel  



   Die Figuren stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele dar, welche mit  der nachfolgenden Beschreibung erläutert werden. 



   Grundsätzlich wird in der erfindungsgemässen Walkrollenbremse 1 der  in einer traditionell am Radumfang wirkenden Reibungsbremse vorwendete  Bremsklotz durch eine drehbar gelagerte Walkrolle 4 ersetzt. Die  Bremsung erfolgt nicht mehr aufgrund von    Reibung am Umfang des  Reifens 6 sonder aufgrund von Walkung am Umfang des Reifens 6. 



   Eine Walkrollenbremse 1 besteht wie in Fig. 1 und 2 gezeigt aus einem  Rad 5 mit einem Reifen 6 und einer Walkrolle 4. Die Walkrolle 4 ist  auf einer Achse 10 drehbar gelagert. Das Rad 5 ist auf einer Achse  11 drehbar gelagert. Die beiden Achsen 10 und 11 sind parallel angeordnet  und die Achse 10 der Walkrolle 4 kann radial gegen die Achse 11 des  Rades 5 bewegt werden. Im ungebremsten Zustand ist zwischen der Walkrolle  4 und dem Reifen 6 eine Distanz x von z.B. 0 mm bis 2 mm. Reifen  6 und Walkrolle 4 sind berührungslos. Bei Reifen 6 die nicht rund  laufen, berührt allenfalls die drehbar gelagerte Walkrolle 4 die  höchste Stelle beim vorbeigehen. Man wird dies nach Möglichkeit aber  vermeiden. 



   Wird die Achse 10 der Walkrolle 4 radial gegen die Achse 11 des Rades  5 bewegt, verringert sich der Abstand x zwischen Walkrolle 4 und  Reifen 6. Nun ist aber erfindungsgemäss vorgesehen, dass sich die  Achsen 10 und 11 noch mehr nähern können. Dies kann nur dadurch erreicht  werden, dass der Reifen 6 verformt wird. Fig. 2 zeigt, wie der Reifen  6 verformt wird und dabei eine Walkverformung z.B. mit einer Tiefe  y entsteht. Die Tiefe y vom Aussendurchmesser des    Reifens 6 -  im durch die Walkrolle 4 unberührten, also originalen Zustand gemessen  bis zum maximalen Eindringen der Walkrolle 4 während des Bremsvorganges  variieren. Je nach -Bedarf an Bremsverzögerung wird die Walkver-formungs-tiefe  y eingestellt.

   Wenn wenig Bremswiderstand erforderlich ist wird sie  klein, bei starkem Bremsen wird die Walkrolle 4 weiter in den Reifen  6 eindringen müssen, um einen grossen Bremseffekt zu erreichen. Der  Verstellbereich der Achsdistanz a zwischen den beiden Achsen 10 und  11 wird den Materialien des Reifens 6 und der Walkrolle 4 angepasst  und wird der Steifigkeit und Breite des Reifens angepasst. Ist der  Reifen 6 ein luftgefüllter Ballonreifen, wird die Eindringtiefe grösser  sein als bei harten Vollgummireifen. Der Verstellbereich der Achsdistanz  a und damit der Weg über den die Kraft P aufgebracht werden muss,  wird deshalb von Fall zu Fall so gewählt, dass eine optimale Verzögerung  des zu bremsenden Objektes erzielt wird, und über den ganzen Verstellbereich  bleiben die beiden Achsen 10 und 11 dabei immer absolut parallel  zueinander. 



   Die Lagerung der Walkrolle 4 und die Materialpaarung Walkrolle 4  und Achse 10 sind von entscheidender Bedeutung für das Funktionieren  der Walkrollenbremse. Für wirschaftlich günstige Ausführungen wird  man die Walkrolle 4 auf der Achse 11 mit einem Gleitlager    versehen.  Für höhere Ansprüche wird man ein Wälzlager wählen, welches den hohen  Kräften, die durch Einwirkung der Kraft P entstehen, genügen und  wenig innere Reibung aufweisen. 



   Die Bremswirkung entsteht nur durch die Walkverformung y des Reifens  6. In der Literatur über Autoreifen und allgemein über Luftreifen  ist ausführlich beschrieben, welche Arbeit eine solche Walkung verursacht.  Durch die Energie dieser Arbeit entsteht Wärme. Man stellt dieses  Phänomen fest, wenn man mit einem Autoreifen fährt, dessen Füllung  mit zuwenig Luftdruck erfolgte. Die entstehende Wärme führt vielfach  zur unfreiwilligen Zerstörung des Reifens. Ein Plattfuss ist die  Folge und der Reifen kann nicht mehr gebraucht werden. In der erfindungsgemässen  Ausführung kann die entstehende Wärme über den Reifen 6 auf den Boden  abgegeben werden. Bedingung dafür ist, dass nicht zuviel Wärme entsteht.  Daraus folgt, dass die Bremse vornehmlich für sich langsam bewegende  Fahrzeuge mit niedrigen Geschwindigkeiten am Radumfang geeignet ist.

                                                             



   In diesem Rahmen findet man mit der erfindungsgemässen Walkrollenbremse  1 aber einen Weg, langsam, fein und subtil bremsen zu können. Flächen,  die aufeinander reiben, gibt es nur zwischen der Achse 10 und der  Walkrolle 4. Diese Reibung wird noch verringert, wenn    anstelle  eines Gleitlagers ein Wälzlager Verwendung findet. Versuche mit Gleitlagern  haben gezeigt, dass die Bremswirkung sanft ist und auch bei kleinen  Umfangsgeschwindigkeiten des Reifens 6 bis zum Stillstand des Rades  5 kein merkliches, ruckartiges Blockieren des Rades 5 erfolgt. Die  Walkrollenbremse 1 wirkt dadurch wie eine Bremse mit Anti-Blockier-System.  Diese Wirkung ist vor allem für zweirädrige Fahrzeuge, deren Vorderrad  gebremst werden soll, von grossem Vorteil. 



   Die Walkrolle 4 muss mit einer gewissen Kraft P auf den Reifen 6  gedrückt werden, um die oben beschriebene Wirkung zu erreichen. Diese  Kraft P wird über eine Vorrichtung auf die Walkrolle 4 gebracht.  Sie kann traditionell - wie bei am Reifenumfang wirkenden Radbremsen  von Fahrrädern noch heute oft angewendet - mit einem geführten Gestänge  über den Hebel 3 und die Achse 10 direkt auf die Walkrolle 4 einwirken,  wobei der Hebel 3, nahe der Walkrolle 4 von einer Führung 8 gehalten  wird. 



   Dieser Hebel 3 kann auch wie in Fig. 4 gezeigt an einer Haltevorrichtung  9 in Punkt b drehbar gelagert und gehalten sein. Die Kraft P wirkt  dann von der Seite auf den Hebel 3'. Die Kraft P kann je nach konstruktiven  Wünschen an einer beliebigen Stelle    zwischen Drehpunkt b und Achse  10 angreifen. Eine solche Ausführung bietet Vorteile, wenn die Walkrolle  4 z.B. der Umfangsgeschwindigkeit v des Rades 5 angepasst mit verschiedener  Kraft auf den Reifen 6 gedrückt werden soll. Bei wenig Geschwindigkeit  erfordert die aufzubringende Walkarbeit weniger Kraft Q, als bei  hoher Umfangsgeschwindigkeit des Rades 5. Für das Prinzip des in  dieser beispielhaften -Anordnung des einarmigen Hebels 3' gilt die  Formel: Q <= P (Q ist kleiner oder gleich P). Die Kraft Q kann  also im Maximum gleichgross wie die Kraft P sein. 



   Eine weitere Möglichkeit der Anordnung zeigt Fig. 5. Die statischen  Eigenschaften des zweiarmigen Hebels werden dabei genutzt. In einer  Befestigung 20 wird der Hebel 3'' drehbar gelagert. Am einen Ende  des Hebels 3'' ist ein Krafthebel 7 mit dem Hebel 3'' in Punkt b  drehbar verbunden. Am andern Ende des Hebels 3'' ist die Achse 10  befestigt. Auf der Achse 10 ist die Walkrolle 4, drehbar gelagert.  Konstruktiv wird bei dieser Anordnung festgelegt, welche Kraft P'  aufgewendet werden muss, um die Walkrolle 4 mit einer Kraft Q' in  den Reifen 6 drücken zu können. Dabei gilt die Formel Kraft P'  x  Anteil n = Kraft Q' x Anteil m. 



   Die Kraft P kann erfindungsgemäss direkt (Fig. 3) oder über einen  einarmigen Hebel 3' (Fig. 4) oder über einen    zweiarmigen Hebel  3'' (Fig. 5) eingebracht werden. In jedem Fall wird die Kraft P über  ein in den Zeichnungen nicht dargestellte Hebelsystem auf die Hebel  3, 3' und 3'' gebracht. Solche Systeme mit Gestängen oder Bowdenzügen  sind hinreichend bekannt und müssen deshalb hier nicht beschrieben  werden.

Claims (8)

1. Walkrollenbremse eines Rades (5) mit einem Reifen (6), dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des Reifens (6) eine Walkrolle (4) einwirkt, welche auf einer Achse (10) drehbar gelagert ist, wobei die Achse (11) des Rades (5) und die Achse (10) der Walkrolle (4) parallel angeordnet sind, wobei der Achsabstand (a) der beiden Achsen (10, 11) von Walkrolle (4) und Rad (5) verstellbar ist, so dass der Achsabstand (a) zwischen den Achsen (10, 11) veränderbar ist, wobei das Spiel (x) zwischen Reifen (6) und Walkrolle (4) Berührungslosigkeit ermöglicht und eine Walkverformung (y) je nach gewünschtem Bremseffekt ändert, wobei die Achsen (10, 11) zueinander immer parallel bleiben und nur der Abstand (a) sich ändert.

2. Walkrollenbremse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Walkrolle (4) auf der Achse (10) durch ein Gleitlager erfolgt.

3.

Walkrollenbremse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Walkrolle (4) auf der Achse (10) durch ein Wälzlager erfolgt.

4. Walkrollenbremse nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Walkrolle (4) über einen mit der Achse (10) der Walkrolle (4) fest verbundenen Hebel (3, 3' 3'') mit einer Kraft (P) gegen den Reifen (6) pressbar wird.

5. Walkrollenbremse nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei kleinstem Achsabstand (a) zwischen den Achsen (10, 11) durch die Walkrolle (4) im Reifen (6) eine Walkverformung (y) entsteht.

6. Walkrollenbremse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft (P) in Richtung der Längsachse des Hebels (3) ansetzt, wobei der Hebel (3) mit der Achse (10) der Walkrolle (4) fest verbunden ist.

7.

Walkrollenbremse nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft (P) an einem beliebigen Punkt des Hebels (3') zwischen Lagerung (b) und Achse (10) der Walkrolle angreift, wobei der Hebel (3') als einarmiger Hebel an einer Halterung (9) im Punkt (b) befestigt und drehbar gelagert ist, und am andern Ende der Hebel (3') mit der Achse (10) fest verbunden und die Walkrolle (4) auf der Achse (10) der Walkrolle drehbar gelagert ist.

8.

Walkrollenbremse nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (3'') als zweiarmige Wippe ausgebildet ist, welche etwa mittig einen Drehpunkt (c) aufweist, wobei die Kraft (P) am einen Ende des Hebels (3'') über den Krafthebel (7) in einem Drehpunkt (b) angreift, und am andern Ende des Hebels {3'') die drehbar gelagerte Walkrolle (4) besfestigt ist, so dass die Kraft (P) über den Hebel (3'') auf die Walkrolle (4) übertragbar ist.