WO2004018891A2 - Mechanische reibbremse sowie verfahren zu deren betreiben - Google Patents

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61H—BRAKES OR OTHER RETARDING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR RAIL VEHICLES; ARRANGEMENT OR DISPOSITION THEREOF IN RAIL VEHICLES
    • B61H1/00—Applications or arrangements of brakes with a braking member or members co-operating with the periphery of the wheel rim, a drum or the like

Definitions

  • the invention relates to a friction brake with which a vehicle can be braked or brought to a standstill.
  • a friction brake has a friction lining which is constructed from a friction material.
  • a braking force is applied to the friction lining so that the working surface of the friction lining is pressed against the friction surface of a wheel to be braked or a brake disc or a brake drum.
  • a brake cylinder, a lever transmission and an adjustment mechanism are generally assigned to the friction lining.
  • the invention is particularly applicable to disc brakes for motor vehicles as well as for railways. See for example DE 195 42 524.
  • the brake pads that have been made up to now are in one piece and represent the friction material block themselves.
  • Materials of the brake pads or friction material blocks are pearlitic gray cast iron with lamellar graphite, plastic or sintered material consisting of a mixture of different materials in synthetic resin or Buna bond, made of fine metal powder such as There is iron, copper, non-ferrous metal.
  • a brake pad which comprises a multiplicity of friction material blocks which are separated by an elastic layer.
  • the individual blocks of friction material are attached transversely to the longitudinal direction of the brake shoe.
  • DE 24 18 024 shows a carbon-containing aircraft brake disc consisting of a strong, durable center core and linings made of lightweight wear material attached to both sides.
  • the wear materials are connected to the center core by an adhesive layer.
  • DE 30 33 936 shows a brake shoe with several brake pads that are very easy to change.
  • brake pads With regard to the embodiments of brake pads, reference is further made, for example, to "Brakes for Rail Vehicles, Manual - Braking Terms and Values, Knorr-Bremse AG Kunststoff, 1990", pages 22 and 23.
  • the contact pattern is insufficient due to thermal expansion and axial displacements.
  • the poor contact pattern leads to the formation of corrugations or crumbling in the wheel tread and, as a result, to a high level of noise when braking.
  • the invention has for its object to provide a friction brake or a method for operating it, whereby the noise generated during braking can be reduced or canceled.
  • the inventor has therefore taken a different path than the prior art shows. He was not concerned with the design of the friction lining and its friction material. Rather, he recognized that the squeaking noise when braking is due to a vibration problem. Accordingly, he suggests influencing the vibrations that occur in a brake of the type mentioned or in its components, so that no squeaking noise can form.
  • the specific solution is to vary the frictional force exerted on the friction surface of a wheel by means of the friction lining. One could also say that the vibrations are impaired or disturbed according to the invention.
  • Friction brakes of the type mentioned generally work with brake cylinders, as mentioned above.
  • the pressure pulses can be rhythmic. They can be periodic or aperiodic. Pressure drops can be generated so that the pressure in the brake cylinder drops to a very small value or even to zero. The waste can be extremely sharp so that it takes place within a very short period of time.
  • the spring damping mass system is continuously changed, and with it the natural frequency of the system.
  • a great advantage of the invention is that it can be used regardless of the type of brake pad and the other structure of the brake. This applies in particular to modern brake pads for disc brakes in rail vehicles. Such brake pads exist for example! from sintered metal.
  • a particularly interesting way of implementing the invention is to control the pressure in the brake cylinder by means of a valve which works in the manner of an anti-skid valve.
  • anti-skid valves are used to prevent the wheels from slipping or sliding when braking (so-called anti-lock braking system). Exactly those anti-skid valves can be used that are used in such an anti-lock braking system.
  • a modified brake software controls the anti-skid valves according to the invention, for example in a rhythmic manner.
  • the pressure in the brake cylinder is increased in such a way that the pressure averaged over the braking time and the associated braking distance remain approximately unchanged as before. Only in the case of rapid braking can braking be carried out in the previous manner for safety reasons.
  • braking is intended to achieve a certain average coefficient of friction. This should also be maintained when applying the invention.
  • a higher pressure value in the brake cylinder is initially assumed so that the average friction path is maintained - despite the lowering according to the invention in the context of a pulsation.
  • the invention has proven to be extremely effective in the test.
  • the squeaking noise can be completely avoided. In practice, this means that any noise protection measures can be dispensed with and that there is no nuisance to people.
  • designing a brake in particular When selecting the friction material, there is no longer any need to consider reducing the noise, since this problem is solved by the invention.
  • the invention can be implemented relatively easily and with little construction effort. It is therefore also very inexpensive.
  • Figure 1 shows a perspective view of a disc brake.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a block brake for a rail vehicle with a partially shown wheel of the vehicle.
  • the disc brake shown in FIG. 1 is used to brake a brake disc 1.
  • the disc brake has a brake caliper 3.
  • a piston 5 is arranged in a housing 4.
  • a friction ring 2, 2 is assigned to both the piston 5 and the fixed part of the brake. When braking, piston 5 is acted on such that the two friction rings 2, 2 are pressed against the brake disc 1.
  • the wreath 10 of a railway wheel can be seen in FIG.
  • a brake pad which represents the friction lining 20, is assigned to its tread.
  • the friction surface of the friction lining 20 works together with the tread of the wheel rim 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mechanische Reibbremse, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Reibbremse. Eine Reibbremse ist mit den folgenden Bauteilen bzw. Merkmalen versehen: mit einem Reibbelag (2, 20) zum Aufbringen einer bremsenden Reibkraft auf eine Reibfläche eines abzubremsenden umlaufenden Bauteiles (1, 10); der Reibbelag ist aus einem Reibwerkstoff aufgebaut; mit einem Anpreßsystem zum Aufbringen einer Bremskraft auf den Reib belag. Gemäß der Erfindung wird eine Pulsationseinrichtung vorgesehen, die eine Pulsation der Bremskraft erzeugt.

Description

Mechanische Reibbremse sowie Verfahren zu deren Betreiben
Die Erfindung betrifft eine Reibbremse, mit welcher ein Fahrzeug abgebremst oder zum Stillstand gebracht werden kann. Eine solche Reibbremse weist einen Reibbelag auf, der aus einem Reibwerkstoff aufgebaut ist. Auf den Reibbelag wird eine Bremskraft aufgebracht, so dass der Reibbelag mit seiner Arbeitsfläche gegen die Reibfläche eines abzubremsenden Rades oder einer Bremsscheibe oder einer Bremstrommel angepreßt wird. Dem Reibbelag ist im allgemeinen ein Bremszylinder, eine Hebelübersetzung sowie ein Nachstellmechanismus zugeordnet.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei Scheibenbremsen für Kraftfahrzeuge wie auch für Eisenbahnen. Siehe beispielsweise DE 195 42 524.
Sie ist aber auch anwendbar bei sogenannten Klotzbremseinheiten.
Bezüglich der Ausgestaltung von Klotzbremseinheiten bei Schienenfahrzeugen wird auf "Bremsen für Schienenfahrzeuge, Handbuch - Bremstechnische Begriffe und Werte, Knorr-Bremse AG München, 2. Auflage, 1990", Seite 41 verwiesen.
Oftmals sind die bislang ausgeführten Bremsklötze einteilig und stellen selbst den Reibwerkstoffblock dar. Materialien der Bremsklötze bzw. Reibwerkstoffblöcke sind perlitischer Grauguß mit lamellarem Graphit, aus einem Gemenge verschie- dener Stoffe in Kunstharz- oder Buna-Bindung bestehender Kunststoff oder Sintermaterial, das aus Metallfeinstpulver wie Eisen, Kupfer, Buntmetall besteht.
Aus der US 1 219 824 ist ein Bremsklotz bekanntgeworden, der eine Vielzahl von Reibwerkstoffblöcken umfaßt, die durch eine elastische Schicht getrennt sind. Die einzelnen Reibwerkstoffblöcke sind quer zur Längsrichtung des Bremsschuhs angebracht. Durch diese Anordnung soll erreicht werden, dass' der Bremsklotz nur geringe Ausdehnungsänderungen bei auftretenden Temperaturschwankungen erfährt.
Die DE 24 18 024 zeigt eine kohlenstoffhaltige Flugzeugbremsscheibe bestehend aus einem starken, langlebigen Mittelkern und an beiden Seiten befestigten Belägen aus leichtgewichtigem Verschleißmaterial. Die Verschleißmaterialien sind mit dem Mittelkern durch eine Klebeschicht verbunden.
Aus der JP 55-97537 ist ein Bremsklotz bekanntgeworden, der in Längsrichtung zur Reduzierung des Bremsgeräusches geschlitzt ausgeführt ist. Die Reduzierung des Bremsgeräusches wird dadurch erreicht, dass aufgrund der geschlitzten Ausführung an der Bremsfläche höhere Temperaturen erreicht werden können.
Einen Bremsklotzschuh mit mehreren sehr einfach zu wechselnden Bremsklötzen zeigt die DE 30 33 936.
Bezüglich der Ausführungsformen von Bremsklötzen wird des weiteren beispielsweise auf "Bremsen für Schienenfahrzeuge, Handbuch - Bremstechnische Begriffe und Werte, Knorr-Bremse AG München, 1990", Seiten 22 und 23 verwiesen.
Bei den zuvor beschriebenen Klotzbremssystemen gemäß dem Stand der Technik ist das Tragbild aufgrund von Wärmedehnungen und Achsverschiebungen nur unzureichend. Hierbei gilt, dass das Tragbild um so schlechter ist, je härter das Material des Klotzes ist. Das schlechte Tragbild führt zur Riffelbildung oder zu Ausbröckelungen in den Radlaufflächen und infolgedessen zu einer hohen Geräuschentwicklung beim Bremsen.
Wie man aus dem genannten Stand der Technik ersieht, war man stets bemüht, die Bremsgeräusche zu vermindern oder gar zu eliminieren. Diese Geräusche werden als höchst unangenehm empfunden. Sie können sogar zu gesundheitli- chen Schäden führen, insbesondere bei Personen, die häufig der Einwirkung solcher Geräusche ausgesetzt sind, wie beispielsweise Bahnpersonal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reibbremse anzugeben bzw. ein Verfahren zu deren Betreiben, womit die Geräuschbildung beim Bremsen verringert oder aufgehoben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Der Erfinder ist somit einen anderen Weg gegangen, als der Stand der Technik dies bisher zeigt. Er hat sich nämlich nicht mit der Gestaltung des Reibbelages sowie dessen Reibwerkstoffes befaßt. Vielmehr hat er erkannt, dass das quietschende Geräusch beim Bremsen auf ein Schwingungsproblem zurückgeht. Demgemäß schlägt er vor, die Schwingungen, die bei einer Bremse der genann- ten Bauart auftreten bzw. bei deren Bauteilen, zu beeinflussen, so dass sich kein Quietschgeräusch ausbilden kann. Die konkrete Lösung besteht darin, die Reibkraft, die mittels des Reibbelages auf die Reibfläche eines Rades ausgeübt wird, zu variieren. Man könnte auch sagen, dass die Schwingungen gemäß der Erfindung beeinträchtigt oder gestört werden.
Reibbremsen der genannten Art arbeiten im allgemeinen mit Bremszylindern, wie oben erwähnt. Im Bremszylinder herrscht bekanntlich während des Bremsen ein bestimmter Druck. Dieser Druck wird variiert, so dass der Druck in Gestalt von Druckpulsen erzeugt wird. Die Druckpulse können rhythmisch sein. Sie können periodisch oder aperiodisch sein. Es können Druckabfälle erzeugt werden, so dass der Druck im Bremszylinder auf einen sehr kleinen Wert oder gar auf null abfällt. Der Abfall kann extrem scharf sein, so dass er sich innerhalb einer denkbar kleinen Zeitspanne abspielt. Hierdurch wird das Feder-Dämpfungs-Massensystem laufend geändert, und auch damit die Eigenfrequenz des Systems. Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie ungeachtet der Art des Bremsbelages sowie des sonstigen Aufbaus der Bremse angewandt werden kann. Dies gilt insbesondere für moderne Bremsbeläge für Scheibenbremsen von Schienenfahrzeugen. Solche Bremsbeläge bestehen zum Beispie! aus Sinterme- tali.
Eine besonders interessante Möglichkeit der Umsetzung der Erfindung besteht darin, den Druck im Bremszylinder durch ein Ventil zu steuern, das nach Art eines Gleitschutzventiles arbeitet. Bekanntlich werden Gleitschutzventile eingesetzt, um ein Durchrutschen oder Gleiten der Räder beim Bremsen zu verhindern (sogenanntes Antiblockiersystem). Dabei lassen sich genau jene Gleitschutzventile ausnutzen, die man bei einem solchen Antiblockiersystem verwendet.
Bei einer Betriebsbremsung, zum Beispiel bei Einfahrt des Zuges in einen Bahn- hof, steuert eine modifizierte Brems-Software die Gleitschutzventile entsprechende der Erfindung an, beispielsweise in rhythmischer Weise. Dabei wird der Druck im Bremszylinder erhöht, derart, dass der über die Bremszeit gemittelte Druck und der dazu gehörende Bremsweg näherungsweise wie bisher unverändert bleibt. Lediglich bei einer Schnellbremsung kann aus Sicherheitsgründen in bisheriger Weise gebremst werden.
Beim Bremsen will man bekanntlich einen gewissen mittleren Reibwert erzielen. Dies sollte auch bei Anwendung der Erfindung beibehalten werden. Um dies zu erreichen, geht man zunächst von einem höheren Druckwert im Bremszylinder aus, damit man den mittleren Reibweg beibehält - trotz erfindungsgemäßen Ab- senkens im Rahmen einer Pulsation.
Die Erfindung hat sich im Versuch als hervorragend wirksam erwiesen. Das Quietschgeräusch läßt sich völlig vermeiden. In der Praxis bedeutet dies, dass auf jegliche Lärmschutzmaßnahmeπ verzichtet werden kann, und dass eine Belästigung von Personen unterbleibt. Bei der Gestaltung einer Bremse, insbesondere bei der Auswahl des Reibwerkstoffes, brauchen keine Überlegungen mehr angestellt zu werden bezüglich der Verringerung des Geräusches, da dieses Problem durch die Erfindung gelöst wird.
Schließlich läßt sich die Erfindung relativ leicht und mit geringem baulichen Aufwand verwirklichen. Sie ist somit auch sehr kostengünstig.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Figur 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Scheibenbremse.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Klotzbremse für ein Schienenfahrzeug mit einem ausschnittsweise dargestellten Rad des Fahrzeuges.
Die in Figur 1 dargestellte Scheibenbremse dient zum Abbremsen einer Bremsscheibe 1. Die Scheibenbremse weist einen Bremssattel 3 auf. In einem Gehäuse 4 ist ein Kolben 5 angeordnet. Dem Kolben 5 als auch dem feststehenden Teil der Bremse ist jeweils ein Reibring 2, 2 zugeordnet. Beim Bremsen wird Kolben 5 derart beaufschlagt, dass die beiden Reibringe 2,2 gegen die Bremsscheibe 1 an- gepresst werden.
Aus Figur 2 erkennt man den Kranz 10 eines Eisenbahnrades.
Dessen Lauffläche ist ein Bremsklotz zugeordnet, der den Reibbelag 20 darstellt.
Die Reibfläche des Reibbelages 20 arbeitet mit der Lauffläche des Radkranzes 10 zusammen. Bezugszeichenliste
Bremsscheibe
Reibbeläge
Bremssattel
Radkranz
Reibbelag

Claims

Patentansprüche
1. Mechanische Reibbremse, insbesondere für ein Schienenfahrzeug 1.1 mit einem Reibbelag (2, 20) zum Aufbringen einer bremsenden Reibkraft auf eine Reibfläche eines abzubremsenden umlaufenden Bauteiles (1 , 10);
1.2 der Reibbelag (2, 20) ist aus einem Reibwerkstoff aufgebaut;
1.3 mit einem Anpreßsystem zum Aufbringen einer Bremskraft auf den Reibbelag (2, 20); 1.4 es ist eine Pulsationseinrichtung vorgesehen, die eine Pulsation der Bremskraft erzeugt.
2. Mechanische Reibbremse nach Anspruch 1 ,
2.1 mit einem Bremszylinder, in dem ein in die Bremskraft erzeugender Brems- druck hergestellt wird;
2.2 mit einer Pulsationseinrichtung zum pulsierenden Verändern des Bremsdruckes.
3. Mechanische Reibbremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass die pulsierende Veränderung des Bremsdruckes durch unterschiedliche oder gleiche Brems- beziehungsweise Lösezeiten erfolgt.
4. Mechanische Reibbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsationseinrichtung ein Gleitschutzventil umfaßt.
5. Verfahren zum Betreiben einer mechanischen Reibbremse, insbesondere für Schienenfahrzeuge;
5.1 wobei eine Bremskraft über einen Reibbelag (2, 20) auf die Reibfläche (5.1 ) eines abzubremsenden umlaufenden Bauteiles (1 , 10) aufgebracht wird; 5.2 die Bremskraft wird pulsierend aufgebracht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsation eine rhythmische ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsation eine nicht-rhyhtmische ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremskraft unterbrochen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer einer Unterbrechung im Millisekundenbereich liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die pulsierende Bremskraft durch eine Software gesteuert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Software in einem Bremsrechner oder in einem Gleitschutzregler integriert ist.
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