ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ТОРМОЗНОЙ МЕХАНИЗМ
AIR-OPERATED BRAKE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к пневматическому тормозному механизму в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
Такого рода тормозные механизмы используются, в частности, в рельсовых транспортных средствах. Там они зачастую применяются для приведения в действие тормозного рычага, с помощью которого тормозные колодки прижимаются к бандажам колес. Такие тормозные механизмы закреплены, в частности, в поворотных тележках грузовых вагонов. Чтобы иметь возможность компенсировать износ тормозных колодок и бандажей колес, обычно предусматривается регулировочное устройство со шпинделем и с регулировочной гайкой. Во время процесса регулировки допускается вращение регулировочной гайки, в то время как шпиндель остается зафиксированным без возможности поворота. Присоединение к тормозному рычагу осуществляется посредством исполнительного элемента, в котором заканчивается свободный конец шпинделя. Такого рода тормозные механизмы описаны, к примеру, в DE 10304715 А1 и в DE 10304716 A1.
Во время нормального процесса торможения на шпиндель воздействует крутящий момент. Этот момент не должен, однако, приводить к повороту шпинделя, так как это имело бы, как следствие, нежелательный эффект регулировки. Поэтому шпиндель имеет обычно зубчатое кольцо, которое без возможности вращения соединено со шпинделем. Со скобой тормозного механизма также без возможности вращения соединено и зубчатое кольцо скобы. Оба зубчатых зацепления посредством нажимной пружины затянуты относительно друг друга таким образом, что находятся в зацеплении друг с другом. Во время процесса торможения зубчатое кольцо шпинделя с большим усилием прижимается к зубчатому кольцу скобы, так что воздействующий на шпиндель крутящий момент может быть воспринят и введен в скобу.
Если после замены тормозных колодок регулировочное устройство должно быть переведено обратно в свое исходное положение, то это может быть достигнуто посредством преднамеренного вращения шпинделя. При этом оба зубчатых кольца по типу храповой муфты работают против силы натяжения пружины.
Выяснилось, что зубчатые кольца остаются в зацеплении лишь тогда, когда во время процесса торможения оказывается давление на шпиндель, и шпиндель после процесса торможения перемещается обратно в свое исходное положение. Совершенно по-иному он ведет себя, однако, тогда, когда, к примеру, тормозные колодки прочно примерзли к колесам или удерживающие серьги, на которых подвешен тормозной механизм, к примеру, вследствие коррозии становятся плохо подвижными. При отведении шпинделя назад возникает повышенное растягивающее усилие, которому соединенная с тормозными колодками скоба не может следовать. Вследствие этого зубчатые кольца против усилия нажимной пружины выводятся из зацепления друг с другом. В этом состоянии шпиндель может уступать воздействующему на него крутящему моменту. Вследствие поворота шпинделя происходит непреднамеренный процесс регулировки.
Для предотвращения данной ситуации уже предусматривалась пружинная защелка, которая надежно предотвращает выход из зацепления зубчатых колец. Эта защелка смонтирована на скобе и входит в зацепление в соединенный со шпинделем без возможности вращения возвратный шестигранник. Если после замены тормозных колодок шпиндель должен быть посредством возвратного шестигранника переведен обратно в свое первоначальное положение, то защелка должна быть одной рукой выведена из зацепления, так что для осуществления процесса завинчивания в распоряжении имеется только другая рука. При данной конструкции также могут иметь место проблемы с коррозией, что препятствует простому подъему защелки из ее зафиксированного положения.
Раскрытие изобретения
В основе изобретения лежит задача создания такого пневматического тормозного механизма в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения, чтобы непреднамеренная регулировка тормозного механизма надежно предотвращалась и под действием растягивающего усилия. Далее обе руки должны находиться в распоряжении для осуществления обратного вращения шпинделя. Также должна быть предотвращена опасность нарушения функционирования в результате коррозии.
Задача решается в соответствии с изобретением в пневматическом тормозном механизме с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты усовершенствования и варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с изобретением первое и второе зубчатые кольца скобы с ориентированными противоположно друг другу зубьями без возможности вращения соединены со скобой. Зубчатое кольцо шпинделя, с обеих сторон снабженное зубьям, между обоими зубчатыми кольцами скобы прочно соединено со шпинделем.
Зубчатое кольцо шпинделя посредством этого предохраняется с обеих сторон. При нагружении давлением, что происходит во время обычного процесса торможения, зубчатое кольцо шпинделя с большим усилием прижимается к первому зубчатому кольцу скобы. Воздействующий на шпиндель крутящий момент может быть посредством этого через первое зубчатое кольцо скобы введен в скобу. При нагружении растягивающим усилием, которое возникает, к примеру, когда тормозные колодки прочно примерзли к бандажам колес, зубчатое кольцо шпинделя прожимается ко второму зубчатому кольцу скобы. И в этом случае воздействующий на шпиндель крутящий момент надежно вводится в скобу.
Второе зубчатое кольцо скобы в предпочтительном варианте с возможностью аксиального смещения соединено со скобой. Посредством данной возможности к смещению обеспечивается то обстоятельство, что при обратном вращении шпинделя после замены тормозных колодок зубчатые кольца могут удаляться друг от друга настолько, что зубчатое кольцо шпинделя может осуществлять вращательные движения относительно установленных в скобе без возможности вращения зубчатых колец скобы.
Особо предпочтительным является вариант, когда зубья зубчатого кольца шпинделя расположены с двух сторон и ориентированные противоположно друг другу зубья первого и второго зубчатых колец скобы выполнены симметрично. Это означает, что соприкасающиеся друг с другом боковые поверхности зубьев установлены под одним и тем же углом. Посредством данного мероприятия обеспечивается то обстоятельство, что ручное вращение шпинделя может производиться в обоих направлениях, так как не только левостороннее, но и правостороннее вращение в одинаковой степени оказывает воздействие на процесс отведения зубьев друг от друга.
Предусмотрена нажимная пружина, которая опирается на второе зубчатое кольцо скобы и непосредственно или опосредованно на саму скобу. Посредством данной пружины зубчатые кольца также удерживаются в зацеплении в исходном положении тормозного механизма. Вследствие этого зубчатые кольца уже в начале процесса торможения находятся в зацеплении. Внезапно воздействующий на шпиндель крутящий момент может быть, таким образом, сразу же воспринят. Поэтому и на этой стадии прокручивание шпинделя надежно предотвращается.
В особо предпочтительном варианте предусмотрена упорная втулка, причем нажимная пружина и упорная втулка входят в зацепление друг с другом. В варианте осуществления изобретения упорная втулка смещена посредством нажимной пружины. В другом варианте осуществления изобретения и нажимная пружина может смещаться посредством упорной втулки. В обоих вариантах осуществления изобретения эта упорная втулка образует точно определенный упор для второго зубчатого кольца скобы. В исходном положении упорная втулка образует со вторым зубчатым кольцом скобы упорный зазор, который рассчитан таким образом, что зубья между зубчатым кольцом шпинделя и первым зубчатым кольцом скобы, а также зубья между зубчатым кольцом шпинделя и вторым зубчатым кольцом скобы могут совместно выйти из зацепления. Таким образом, шпиндель для осуществления обратного вращения может преднамеренно прокручиваться. Если же, напротив, на шпиндель действует растягивающее усилие, то он может воспринимать это усилие лишь до тех пор, пока упорный зазор не будет закрыт и второе зубчатое кольцо скобы не будет прилегать к упорной втулке. В этом положении зубья зубчатого кольца шпинделя и зубья второго зубчатого кольца скобы прижимаются друг к другу с соответствующим усилием, так что поворот шпинделя более не возможен.
В предпочтительном варианте возвратный шестигранник соединен в единое целое с зубчатым кольцом шпинделя. Так как и зубчатое кольцо шпинделя, и возвратный шестигранник должны быть прочно смонтированы на шпинделе, то при раздельном исполнении обоих конструктивных элементов должен быть предусмотрен лишь один стопорный элемент. В простейшем случае для этой цели может использоваться предохранительный штифт, который установлен в отверстиях комбинированного конструктивного элемента, состоящего из зубчатого кольца шпинделя и возвратного шестигранника, а также шпинделя.
В соответствии с изобретением зубчатое кольцо шпинделя и зубчатое кольцо скобы располагаются внутри скобы. Зубья могут быть посредством этого защищены от загрязнений, которые могли бы привести к тому, что более не могло бы быть обеспечено надежное геометрическое замыкание между зубчатыми кольцами. Расположение зубчатых колец внутри скобы обеспечивает далее защиту от коррозии. Благодаря этому облегчаются работы по техническому обслуживанию и увеличивается время службы тормозного механизма, а соответственно удлиняется интервал между профилактическими осмотрами.
Скоба имеет монтажное отверстие, через которое отдельные конструктивные элементы могут монтироваться в скобе. Для закрытия данного монтажного отверстия в предпочтительном варианте предусмотрен колпачок. Колпачок закрывает внутреннее пространство скобы и образует тем самым также и барьер от загрязнений и влажности. На этот колпачок опирается упорная втулка, так что положение второго зубчатого кольца скобы при нагружении шпинделя растягивающим усилием фиксировано внутри скобы.
На колпачке предусмотрена уплотнительная манжета. Эта уплотнительная манжета может быть выполнена таким образом, что хорошо согласуется с наружной периферией шпинделя. Таким образом, проникновение загрязнений и влажности во внутреннее пространство скобы через колпачок практически невозможно. В особо предпочтительном примере осуществления изобретения уплотнительная манжета выполнена, однако, в виде сильфона. Когда этот сильфон распространяется от колпачка до регулировочного устройства, то защищается не только внутреннее пространство скобы, но также и весь шпиндель и зазор между шпинделем и регулировочным устройством.
Напротив колпачка в скобе предусмотрено проходное отверстие, через которое возвратный шестигранник выступает наружу. На этом проходном отверстии скобы в предпочтительном варианте предусмотрено уплотнительное кольцо. Посредством данного уплотнительного кольца и противолежащая колпачку сторона скобы также герметизируется в отношении проникновения загрязнений и влажности.
Зубья зубчатых колец скобы синхронизированы таким образом, что оба зубчатых кольца скобы одновременно могут находиться в зацеплении с зубчатым кольцом шпинделя. Посредством такой меры предотвращается то обстоятельство, что при нагружении шпинделя сжимающим или растягивающим усилием должно лишь осуществляться соответствующее геометрическое замывание между зубчатым кольцом шпинделя и первым зубчатым кольцом скобы или вторым зубчатым кольцом скобы. Таким образом, и при смене нагрузки не должно происходить никакого прокручивания шпинделя. И при множественных переменах оказывающего воздействие на шпиндель растягивающего и сжимающего усилия не может, таким образом, происходить непреднамеренный процесс регулировки.
Чтобы иметь возможность обеспечивать стопорение вращения зубчатых колец скобы в скобе, в скобе предусмотрены пазы, а на зубчатых кольцах скобы -  свободные или фиксированные пружины. Зубчатые кольца скобы могут быть снабжены, к примеру, по своей внешней периферии фиксированными пружинами, которые взаимодействуют с соответствующими пазами во внутреннем пространстве скобы 1. В другом варианте осуществления изобретения пружины могут быть выполнены и как свободные пружины, причем соответствующие пазы в скобе предусмотрены во внутреннем пространстве скобы, а пазы под шпонку -  на зубчатых кольцах скобы. Пазы под шпонку на зубчатых кольцах скобы в данном варианте осуществления изобретения выполнены в форме полукруга и, таким образом, согласованы с внешним контуром сегментных шпонок. Сегментные шпонки могут вследствие этого смещаться относительно скобы лишь совместно с зубчатыми кольцами скобы.
Краткое описание чертежей
Другие детали и преимущества изобретения выявляются из описания примера осуществления, который разъясняется на основании чертежей, на которых представлено:
фиг.1 - исполнительный элемент пневматического тормозного механизма в соответствии с изобретением, фиг.2 - детальное изображение исполнительного элемента с фиг.1, фиг.3 - исполнительный элемент в исходном положении, в разрезе, фиг.4 - исполнительный элемент под действием растягивающей нагрузки, в разрезе.
Осуществление изобретения
На чертежах поясняется лишь исполнительный элемент с важными с точки зрения изобретения частями тормозного механизма в соответствии с изобретением. Цилиндры, поршни, регулировочное устройство, тормозные рычага, тормозные колодки, серьги для подвешивания, стопорное приспособление и проч. подробно показаны и описаны в DE 10304715 А1 и в DE 10304716 A1.
На фиг.1 исполнительный элемент пневматического тормозного механизма в соответствии с изобретением представлен в полностью смонтированном состоянии. Скоба 1 на одном своем конце расширена по типу щипцов и снабжена двумя крепежными муфтами 5. Эти крепежные муфты 5 служат для соединения с тормозным рычагом, на котором смонтирован тормозной башмак с тормозными колодками. На противоположном конце скобы 1 находится монтажное отверстие 18 с колпачком 2. На колпачке 2 опять же смонтирована уплотнительная манжета 17. Уплотнительная манжета 17 располагается вокруг шпинделя 3 и герметизирует таким образом внутреннее пространство скобы 1 в направлении вовне. В центре скобы можно видеть выступающий из внутреннего пространства возвратный шестигранник 4.
Точная конструкция исполнительного элемента явствует из фиг.2. Детальное изображение демонстрирует пустую скобу 1 и расположенные над ней все конструктивные элементы, которые вместе со шпинделем 3 монтируются в скобу 1 через монтажное отверстие 18. Уплотнительное кольцо 15 вставляется в проходное отверстие 14 таким образом, что зазор между выступающим из проходного отверстия 14 возвратным шестигранником 4 и скобой 1 герметизируется в отношении загрязнений и влажности. Первое зубчатое кольцо 7 скобы имеет на своей обращенной от скобы 1 стороне зубья 8. Это первое зубчатое кольцо 7 скобы имеет далее отверстие, рассчитанное таким образом, что в него может помещаться возвратный шестигранник 4. Возвратный шестигранник 4 соединен в единое целое с зубчатым кольцом 6 шпинделя и посредством предохранительного штифта 13 прочно зафиксирован на шпинделе 3. Зубчатое кольцо 6 шпинделя, в отличие от зубчатого кольца 7 скобы, имеет зубья с обеих сторон.
Второе зубчатое кольцо 9 скобы выполнено идентично первому зубчатому кольцу 7 скобы. Оно выполнено лишь с поворотом на 180°, так что зубья 10 ориентированы в направлении скобы 1. Внутреннее пространство скобы 1 и оба зубчатых кольца 7 и 9 скобы согласованы друг с другом таким образом, что вращение зубчатых колец 7 и 9 скобы внутри скобы 1 невозможно. Зубчатые кольца 7 и 9 скобы могут быть снабжены, к примеру, призматическими шпонками, которые взаимодействуют с соответствующими пазами во внутреннем пространстве скобы 1. В представленном здесь примере осуществления изобретения призматические шпонки выполнены в виде свободных сегментных шпонок 21 (см. фиг.4), причем во внутреннем пространстве скобы 1 предусмотрены соответствующие пазы 19. Пазы 20 под шпонку на зубчатых кольцах 7 и 9 скобы в данном случае в форме полукруга согласованы с внешним контуром сегментных шпонок 21.
Прилегая ко второму зубчатому кольцу 9 скобы, прижимная пружина 12 надвинута на шпиндель 3. В полностью смонтированном состоянии прижимная пружина 12 опирается на колпачок 2 и прижимает второе зубчатое кольцо 9 скобы к зубчатому кольцу 6 шпинделя, а его, совместно с жестко соединенным шпинделем 3, - к первому зубчатому кольцу 7 скобы. Упорная втулка 11 сдвигается посредством прижимной пружины 12 и опирается также на колпачок 2.
Функция исполнительного элемента должна быть пояснена на основании фиг.3 и 4. Фиг.3 демонстрирует при этом исполнительный элемент во время процесса торможения. В этом состоянии на шпиндель 3 воздействует сжимающее усилие в направлении стрелки В. Как только тормозные колодки соприкасаются с бандажом колеса, на скобу 1 начинает воздействовать встречное сжимающее усилие в направлении стрелки А. Зубчатое кольцо 6 шпинделя, которое смонтировано на шпинделе таким образом, что невозможно ни вращение, ни аксиальное смещение относительно шпинделя 3, прижимается к первому зубчатому кольцу 7 скобы, которое в аксиальном направлении прилегает к скобе 1 и без возможности вращения встроено в нее. За счет геометрического замыкания обоих противоположно направленных зубьев первого зубчатого кольца 7 скобы и зубчатого кольца 6 шпинделя предотвращается, таким образом, вращение шпинделя 3. Воздействующий на шпиндель 3 крутящий момент вводится при этом через зубчатое кольцо 6 шпинделя и первое зубчатое кольцо 7 скобы в скобу 1.
Подобное положение выявляется и тогда, когда исполнительный элемент находится в исходном положении. Так как прижимная пружина 12 зажата между жестко соединенным со скобой 1 колпачком 2 и вторым зубчатым кольцом 9 скобы, то второе зубчатое кольцо 9 скобы оказывается прижатым к зубчатому кольцу 6 шпинделя. Скоба 1, напротив, посредством воздействующей на колпачок 2 нажимной пружины 12 прижимается в другом направлении. Таким образом, за счет нажимной пружины 12 в исходном положении исполнительного элемента и зубчатое кольцо 6 шпинделя входит в зацепление с первым зубчатым кольцом 7 скобы.
Если, к примеру, после замены тормозных колодок шпиндель 3 должен быть отведен назад, то на возвратном шестиграннике 4 устанавливается соответствующий ключ. При воздействующем на возвратный шестигранник 4 крутящем моменте вращается как шпиндель 3, так и выполненное как единое целое с возвратным шестигранником 4 зубчатое кольцо 6 шпинделя. При этом три зубчатых кольца должны быть отжаты друг от друга против усилия прижимной пружины настолько, чтобы зубья высвободились и зубчатое кольцо 6 шпинделя смогло вращаться относительно обоих зубчатых колец 7 и 9 скобы. Для этой цели между вторым зубчатым кольцом 9 скобы и упорной втулкой 11 предусмотрен упорный зазор 16. Этот упорный зазор 16 рассчитан таким образом, что возможно расцепление зубьев.
Фиг.4 демонстрирует исполнительный элемент в тот момент, когда тормозная колодка, к примеру, прочно примерзла к бандажу колеса или серьги для подвешивания тормозного механизма вследствие коррозии стали плохо подвижны. При отпуске тормозного механизма со стопорным устройством или после процесса торможения, когда исполнительный элемент должен быть переведен в свое исходное положение, на скобу 1 воздействует растягивающее усилие в направлении стрелки С, которое предотвращает или, по меньшей мере, осложняет такое движение в обратном направлении скобы 1. Одновременно на шпиндель 3 воздействует встречное растягивающее усилие в направлении стрелки D. Вследствие этого первое зубчатое кольцо 7 скобы и зубчатое кольцо 6 шпинделя выходят из зацепления друг с другом. Таким образом, посредством такого зубчатого зацепления более не обеспечивается фиксация от поворота шпинделя 3.
Зубчатое кольцо 6 шпинделя, однако, и далее находится в зацеплении со вторым зубчатым кольцом 9 скобы, так как оно посредством нажимной пружины 12 прижимается к зубчатому кольцу 6 шпинделя. Пока скоба 1 находится в своем положении, шпиндель 3 перемещается в направлении стрелки D до тех пор, пока упорный зазор 16 (см. фиг.3) не будет закрыт. В этом положении выполненное с возможностью перемещения в аксиальном направлении второе зубчатое кольцо 9 скобы зажимается между зубчатым кольцом 6 шпинделя и упорной втулкой 11. В этом представленном здесь положении воздействующий на шпиндель 3 крутящий момент, через зубчатое кольцо 6 шпинделя и зубчатое кольцо 9 скобы передается на скобу 1.
Вся механическая часть исполнительного элемента помещена во внутреннее пространство скобы 1. Уплотнительное кольцо 15 и уплотнительная манжета 17 предотвращают проникновение загрязнений и влажности. Таким образом, обеспечивается длительный срок службы исполнительного элемента.
Перечень ссылочных позиций
1 скоба
2 колпачок
3 шпиндель
4 возвратный шестигранник
5 крепежная муфта
6 зубчатое кольцо шпинделя
7 первое зубчатое кольцо скобы
8 зубья первого зубчатого кольца скобы
9 второе зубчатое кольцо скобы
10 зубья второго зубчатого кольца скобы
11 упорная втулка
12 нажимная пружина
13 предохранительный штифт
14 проходное отверстие
15 уплотнительное кольцо
16 упорный зазор
17 уплотнительная манжета
18 монтажное отверстие
19 паз в скобе
20 паз под шпонку
21 сегментная шпонка