Bremsklotz-Umstellvorrichtung

Schienenfahrzeuge, welche mit speziellen Radsätzen zum automatischen Spurwechsel für den Verkehr bei Bahnen verschiedener Spurweite ausgerüstet sind, können die Überwindung der Systemgrenzen der Bahnen deutlich beschleunigen. Eine wesentliche Bedingung dafür ist jedoch, daß die zur Bremsung benötigten Bremsklotzsohlen ebenfalls automatisch an die veränderte Lage der Radlaufflächen angepaßt werden.

Diese Aufgabe übernimmt die Bremsklotzumstellvorrichtung.

In Abhängigkeit von der Bauart und Funktionsweise der Spurwechselradsätze sind einige Ausführungen von Bremsklotzumstellvorrichtungen bekannt.

So wird im UIC-Merkblatt 430-1 "Technische Vorschriften für Güterwagen, die zwischen Frankreich und Spanien mit Achswechsel an der Grenze verkehren" eine solche Einrichtung beschrieben, bei der die Bremsklotzschuhe auf den verlängerten Zapfen des Bremsdreieckes von Hand verschoben werden und durch Wechselkloben in den Endstellungen gesichert werden können. Die Zapfen sind fest mit der massiv ausgeführten Druckstrebe des Bremsdreiecks verbunden. Diese Aufsführungsform ist jedoch für den automatischen Spurwechsel ungeeignet.

In der Patentschrift FR-A-1.455.986 wird eine Bremsklotzumstellvorrichtung beschrieben, die in analoger Weise feststehende, verlängerte Zapfen aufweist, auf denen der Bremsklotzschuh mittels einer Gleithülse verschiebbar gelagert ist. Die Mitnahme des Bremsklotzes erfolgt hierbei durch beidseitig zum Radkranz angeordnete Mitnehmerlappen des Bremsklotzschuhes. Allerdings weist der Bremsklotz keinerlei selbsttätig wirksame Endlagensicherung auf, so daß die seitlichen Mitnehmer ständig den Bremsklotz zum Radsatz halten müssen. Dadurch unterliegen die Belagflächen der Mitnehmer einem hohen Verschleiß und die Mitnehmer müssen überdies konstruktiv für die Aufnahme hoher dynamischer Dauerbelastung ausgelegt werden.

In der Patentschrift DD 26972 wird eine Bremsklotzumstellvorrichtung beschrieben, bei der der Bremsklotzschuh mit einer verlängerten Buchse ausgerüstet ist und auf dem entsprechend lang ausgeführten Zapfen des Bremsdreieckes verschiebbar angeordnet ist. Die Mitnahme des Bremsklotzes beim Umspuren erfolgt durch beidseitig zum Radkranz angeordnete Mitnehmerlappen des Bremsklotzschuhes. Eine federbelastete Endlagensicherung, welche in eine Keilnut des Bremsdreieckzapfens wirkt, soll den Bremsklotzschuh in der jeweiligen Stellung arretieren. Damit ein Verkanten des Bremsklotzschuhes auf dem Zapfen während des Umstellens vermieden wird, muß die Führungslänge des Zapfens ausreichend lang ausgebildet werden. Hohe Biegespannungen im Zapfen sind eine Folge, welche durch die erforderlichen, umlaufenden Verriegelungsnuten noch ungünstig beeinflußt werden können. Ebenso ist die Abdichtung des Systems vor Verschmutzung problematisch.

Eine Weiterentwicklung dieses Prinzips sieht die Anwendung einer schwenkbaren Endlagensicherungsfeder vor. Dadurch soll das Erreichen der Endlage verbessert werden, damit die Mitnehmerlappen während der normalen Fahrt möglichst keine Berührungen mit dem Radkranz erhalten.

Da jedoch die beiden Bremsklötze eines jeden Bremsdreieckes unabhängig voneinander umgestellt werden, darf das Spiel s zwischen Mitnehmerlappen und Radkranz nur so groß sein, daß der verbleibende Rest aus dem Spurweitenunterschied u ( = Umstellweg beider Bremsklotzschuhe) abzüglich der Summe aus zwei Spielen s - Mitnehmerlappen-Radkranz ( => erst nach Anliegen der Mitnehmer erfolgt das Umstellen) und abzüglich des Umstellweges u/2 eines Bremsklotzschuhes (=> das Umstellen beider Seiten erfolgt aufgrund der Reibverhältnisse und der Federtoleranzen nicht gleichmäßig) noch größer ist als der halbe Umstellweg u/4 eines Bremsklotzschuhes respektive eines Viertels des Spurweitenunterschiedes u, da nur dann gewährleistet wird, daß beide Bremsklotzschuhe sicher die neue Endstellung erreichen. Bei relativ kleinen Unterschieden u zwischen den beiden Spurweiten, auf denen das Spurwechselfahrzeug verkehren soll, ist die Gewährleistung eines ausreichenden Spieles s zwischen Radkranz und Mitnehmerlappen somit problematisch, zumal moderne Güterwagendrehgestelle relativ große Achslagerquerspiele aufweisen. Zur Vermeidung von Berührungen zwischen Mitnehmerlappen des Bremsklotzschuhes und dem Radkranz muß das Spiel s größer als das größte, zulässige Achslagerquerspiel sein.

Eine weitere Ausführungsvariante stellt die Lösung nach Patentschrift DD 26970 dar, bei der die Führungslänge des Bremsklotzschuhes durch eine zweite Führung im mittleren Bereich des Bremsdreieckes, welche starr mit dem Bremsklotzschuh ist, gewährleistet wird. Bei dieser Variante ist insbesondere der Schutz der Gleitflächen vor Verschmutzung und Schnee sowie die Vielteiligkeit nachteilig. Bei einer nach dieser Patentschrift ausgeführten Lösung wurden die beiden Bremsklotzschuhe eines Bremsdreieckes über einen gemeinsamen Federtopf als Endlagensicherung miteinander verbunden. Da dieser Federtopf keinerlei Verbindung zum Bremsdreieck selbst besitzt, gelten obige Ausführungen zum Umstellweg und Spiel des Mitnehmerlappens analog.

Nachteilig an den vorstehend beschriebenen Systemen ist ebenfalls, daß die Federkraft der Endlagensicherung stets eine Wirkungskomponente senkrecht zur Bewegungsrichtung des Umstellvorganges erzeugt, welche in den Lagerstellen des Bremsklotzschuhes abgefangen werden muß und daraus eine für das Umstellen behindernde Gleitreibungskraft erzeugt. Die Verschiebung des Bremsklotzschuhes während einer Bremsung hingegen wird stets nur durch die begrenzte Federkraft der Endlagensicherung und die Reibkraft in den Lagerstellen des Bremsklotzschuhes behindert, wobei die Kraft in den Lagerstellen des Bremsklotzschuhes auf dem Bremsdreieckzapfen stets gleich der Bremskraft am Bremsklotzschuh ist.

In der Firmenschrift der Firma Talgo wird eine Bremsklotzustellvorrichtung gezeigt, welche ohne zusätzliche Endlagensicherungen auskommt. Hierbei wird ein Mitnehmer, welcher am verschiebbaren Achslagergehäuse des Halbradsatzes angebracht ist, zum Bewegen und Sichern des Bremsklotzschuhes auf dem Zapfen des Bremsdreieckes verwendet. Ein solches System ermöglicht zwar bei hoher Sicherheit eine relativ einfache Konstruktion, ist aber auf das spezielle Umspurprinzip des Systems "Talgo" beschränkt und hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung des Mitnehmers nicht unbedenklich.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine automatische Bremsklotzumstell-einrichtung zu schaffen, welche unabhängig von der Bauart des Spurwechselradsatzes verwendet werden und die für heutige, moderne Fahrzeuge erforderlichen hohen Bremsklotzkräfte sicher übertragen kann, dabei von einfacher Konstruktion ist, welche leicht und umfassend vor Verschmutzung, Eis und Schnee geschützt werden kann, eine einfache Aufhängung des Bremsklotzschuhes besitzt, eine hohe Sicherheit gegen ungewolltes Umstellen als Folge von Bremsreaktionskräften und Reibschwingungen aus dem Bremsvorgang besitzt, insbesondere an den steuernden Mitnehmerelementen einen geringen Verschleiß durch ausreichenden Abstand gegenüber dem Radkörper aufweist und trozdem mit hoher Zuverlässigkeit umgestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bremsklotzschuhe, welche Mitnehmerlappen mit einem großen Sicherheitsabstand zum Radkranz besitzen, in der Art herkömmlicher Standardbremsdreiecke auf einem Zapfen angeordnet werden. Dieser Zapfen ragt jedoch unter Beachtung der festigkeitsmäßig erforderlichen Querschnittsvergrößerung in die hohle Druckstrebe des Bremsdreieckes ("hohles Bremsdreieck") hinein und wird dort in zwei Gleitbuchsen geführt. Zwischen Zapfen und Bremsdreieck schützt ein Balg den inneren Mechanismus vor Verschmutzungen. Die Gleitbuchsen im hohlen Bremsdreieck können aufgrund der räumlichen Verhältnisse in einem sehr großen Abstand angeordnet sein, so daß der Verschiebevorgang nicht durch Selbsthemmung gefährdet wird. Aufgrund des äußeren Kraftangriffes an dem Zapfen werden während der Bremsung zusätzliche Lagerkräfte in den Gleitbuchsen erzeugt, so daß die resultierenden Reibkräfte in Querrichtung des Bremsdreieckes größer sind als die an den Bremsklötzen durch die Neigung der Laufflächen resultierenden Querkräfte und somit die Verriegelung stets gewährleistet bleibt.

Am Ende der verjüngten Zapfen greifen beide über Mitnehmerflächen in eine im Bremsdreieck gelagerte Verriegelungskurbelwelle ein, welche federbelastet die Endstellungen gewährleistet. Die Aufhängung des Bremsklotzschuhes am Untergestell des Wagens bzw. Drehgestellrahmen erfolgt in Schwerpunktaufhängung, je nach räumlichen Möglichkeiten entweder mit balligen Bolzen und Buchsen, so daß sich das Bremsklotzhängeeisen stets leicht schräg einstellt und die resultierenden Querkräfte durch die Endlagensicherung aufgenommen werden können, oder mittels einer verschiebbaren Lagerung, wobei Mitnehmer am Bremsklotzschuh ein gewisses Auspendeln des Hängeeisens zulassen. Sind die Umstellwege ausreichend groß, so kann auch die Umstellung der beiden Seiten unabhängig voneinander erfolgen, wobei die Endlagensicherung dann über einen federbelasteten Kniehebelantrieb erfolgt.

An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung kurz erläutert werden.

Fig.1 zeigt die Draufsicht auf einen Spurwechselradsatz (1) mit dem Schnitt durch die erfindungsgemäße Bremsklotzumstelleinrichtung in der Stellung "Spurweite 1 (Sp1)". Fig. 2 zeigt gleiches in Stellung "Spurweite 2 (Sp2)". Fig. 3 zeigt die Ansicht des Verriegelungsmechanismus. Fig. 4 und 5 zeigen Varianten des Verriegelungsgestänges, während Fig. 6 und 7 die mögliche Aufhängung der Bremsklotzsschuhe (4, 4') am Untergestell zeigen.

Der Spurwechselradsatz (1) befindet sich in Stellung Sp1, die beiden Mitnehmerlappen (2 und 2' bzw. 3 und 3') eines jeden Bremsklotzschuhes (4, 4') haben den Abstand s vom Radkranz (5, 5') des Radsatzes (1). Die Bremsklotzschuhe (4, 4') sind auf den Zapfen (6, 6') drehbar gelagert und mit einem herkömmlichen Splint (7) oder ähnlichem gelagert. Die Zapfen (6, 6') wiederum sind im Bremsdreieck (8) gelagert, wobei die Lagerstellen mit den nichtmetallischen Gleitbuchsen (9, 9' und 10, 10') ausgerüstet sind. Die Buchsen (9, 9' und 10, 10') dienen gleichzeitig als Endanschläge für den Zapfen (6, 6'), weshalb dieser mit den Anschlägen (11 bzw. 11' und 12 bzw. 12') ausgerüstet ist. Der Anschlag (12, 12') ist demontierbar, so daß die Zapfen (6, 6') von außen in das Bremsdreieck (8) eingeschoben werden können. Die Verbindungstelle zwischen Zapfen (6, 6') und Bremsdreieck (8) wird durch einen Gummifaltenbalg (13 bzw. 13') vor Witterungseinflüssen und Verschmutzung geschützt. An den Enden der Zapfen (6, 6') sind die Mitnehmer (14, 14') angeschraubt, welche über die Gleitstücke (15, 15') auf die Zapfenhebel (16) der Verriegelungskurbelwelle (17) wirkt, wie in Fig. 3 erkennbar ist. Diese Kurbetwelle (17) ist drehbar im Bremsdreieck (8) gelagert und trägt gleichzeitig Hebel (18) für die Verrisgetungsfedern (19, 19').

Fig. 6 zeigt, daß der Bremsklotzschuh (4) mit dem balligen Bolzen (20) am schwenkbaren Bremsklotzhängeeisen (21) aufgehangen ist, welches wiederum mit einem balligen Bolzen (22) im Bremsklotzhängeeisenlager (23) aufgehangen ist.

Die Mitte des Bremsklotzhängeeisenlagers (23) befindet sich in der Mitte (u4) des Umstellweges u2 eines Radkranzes (5), so daß das Bremsklotzhängeeisen (21) jeweils schräg hängt.

Während des Umspurvorganges von Sp1 nach Sp2 verschiebt sich der Radkranz (5) um den Umstellweg u2, wobei u die Spurweitendifferenz zwischen den beiden Spurweiten darstellt Zuerst werden dabei die entsprechenden Spiele s zwischen den Radkränzen (5, 5') und den Mitnehmerlappen (2 und 3) überwunden. Bei fortschreitendem Umspurvorgang werden nun die Zapfen (6, 6') aus dem Bremsdreieck (8) herausgezogen, wobei dies gleichzeitig zu einer Verdrehung der Verriegelungskurbelwelle (17) führt. Dadurch können sich die beiden Zapfen (6, 6') einerseits nur gleichzeitig bewegen, andererseits müssen so die Zapfen (6, 6') gegen die Kraft der Verriegelungsfedern (19, 19') arbeiten. Sobald diese Verriegelungsfedern (19, 19') ihren Totpunkt erreicht und überschritten haben, sorgt deren Federkraft für das selbsttätige weitere Verschieben der Zapfen (6, 6'), bis diese mit ihren Anschlägen (12, 12') an den Buchsen (10, 10') anliegen und somit die Endstellung der Bremsklotzumstelleinrichtung in Stellung Sp2 erreicht und die Spiele s zwischen Radkranz (5, 5') und Mitnehmerlappen (2.2 und 3.3) wieder gewährleistet sind.

Eine weitere Variante der Endlagengestaltung stellt Fig. 4 dar. Hierbei wurde die innere Lagerstelle (10, 10') des Zapfens (6, 6') derart gestaltet, das diese durch zwei Gleitstücke (24, 24') gegenüber dem Bremsdreieck (8) geführt wird und sich auf den Bolzen (25, 25') gleichzeitig die Verbindungsstange (26, 26') zur Verriegelungskurbelwelle (17) abstützt. Ebenso können sich - wie Fig. 5 zeigt - auf den Bolzen (25, 25') der Kniehebel (27, 27') abstützen, welcher an ihrem Ende durch die Verriegelungsfeder (19, 19') belastet werden und somit die Endstellung sichern und die Umstellbewegung unterstützen. In diesem Falle wird die Verriegelungswelle (17) ohne die Hebel (18) ausgeführt. Weiterhin dienen in dieser Ausführungsvariante die Anschläge (28, 28' und 29, 29') der Gleitstücke (24, 24') gleichzeitig als Bewegungsbegrenzung für die Endlage der Zapfen (6, 6'), so daß diese keine Anschläge (11, 11' und 12, 12') benötigen. Sollte die Bedingung u/2 - 2*s >> u/4 erfüllt sein - dies ist bei sehr großen Spurweitendifferenzen der Fall - so kann auch auf die Kopplung der beiden Zapfen (6, 6') mit dem Bremsdreieck (8) über die Verriegelungswelle (17) verzichtet werden, so wie in Fig. 5 dargestellt. Eine mögliche Ausführung des Bremsklotzhängeeisens zeigt Fig. 7. In diesem Fall ist das Bremsklotzhängeeisen (21) seitlich verschiebbar auf dem Bolzen (30) des Bremsklotzhängeeisenlagers (31) angeordnet und die Anschläge (32, 32') am Bremsklotzschuh (4) gewährleisten unter Beachtung eines gewissen Pendelweges die Mitnahme des Bremsklotzhängeeisens (21).