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Title:
BRAKING DEVICE FOR A RAIL VEHICLE AND METHOD FOR DETERMINING A BRAKING TORQUE OF A BRAKING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/182490
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a braking device for a rail vehicle comprising a brake caliper unit (10) which can be secured to a chassis of the rail vehicle by means of a console (3) and which impinges upon a brake disc (1) by means of at least one brake lining (20), wherein force sensors are arranged on the console (3) and/or on the brake caliper unit (10) and/or on connecting elements between the console (3) and the brake caliper unit (10), in order to detect braking torque (MB) acting upon the brake disc (1). Said braking device is characterized in that the force sensors, can detect all forces, in particular at least three different forces (F1, F2, F2a, F2b, F3) acting on the plane of the brake disc (1). The invention further relates to a method for determining a braking torque of a braking device.

Inventors:
ELSTORPFF MARC-GREGORY (DE)
MATHIEU MICHAEL (DE)
HÄMMERL BERNHARD (DE)
JUNG ALEXANDER (DE)
SOUKUP FREDERIC (DE)
NIEPALA TOMASZ (DE)
KRAUS HARRY-WERNER (DE)
HELLMER FRANK (DE)
FUDERER ERICH (DE)
MESHENBERG JURY (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/059230
Publication Date:
October 26, 2017
Filing Date:
April 19, 2017
Export Citation:
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Assignee:
KNORR-BREMSE SYSTEME FÜR SCHIENENFAHRZEUGE GMBH (DE)
International Classes:
B61H5/00; B61H13/38; F16D55/224
Domestic Patent References:
WO2009118350A22009-10-01
WO2010069520A22010-06-24
Foreign References:
DE102013008227A12014-11-13
DE102013213618A12015-01-15
DE4418791C11995-08-31
DE2152246A11973-05-03
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1 . Bremseinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit einer Bremszangeneinheit (10), die über eine Konsole (3) an einem Fahrwerk des Schienenfahrzeugs befestigbar ist und die über mindestens einen Bremsbelag (20) auf eine Bremsscheibe (1 ) einwirkt, wobei an der Konsole (3) und/oder der Bremszangeneinheit (10) und/oder an Verbindungselementen (30) zwischen der Konsole (3) und der Bremszangeneinheit (10) Kraftsensoren angeordnet sind, um ein auf die Bremsscheibe (1 ) wirkendes Bremsmoment (MB) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Kraftsensoren sämtliche in der Ebe- ne der Bremsscheibe (1 ) wirkende, von der Bremszangeneinheit (10) in die Konsole bzw. in das Drehgestell übertragene Kräfte (Fi, F2, F2a, F2b, F3) und Kraftkomponenten erfassbar sind.

2. Bremseinrichtung nach Anspruch 1 , bei der die Kraftsensoren zur Messung von mindestens drei unterschiedlichen Kräften (Fi, F2, F2a, F2b, F3) in der Ebene der Bremsscheibe (1 ) eingerichtet sind, wobei zumindest zwei der Kräfte (Fi, F2, F2a, F2b, F3) quer zueinander stehen.

3. Bremseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der zumindest eine der Kräfte (Fi, F2, F2a, F2b, F3) ganz oder zumindest mit einer Kraftkomponente in Richtung (x) einer

Längsachse der Bremszangeneinheit (10) verläuft.

4. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Bremszangeneinheit (10) über drei beidseitig drehbar gelagerte Zug- und Drucklaschen (31 , 32, 33) mit der Konsole (3) verbunden ist, wobei die Kräfte (Fi, F2, F3) entlang jeweils einer der Zug- und Drucklaschen (31 , 32, 33) wirken.

5. Bremseinrichtung nach Anspruch 4, bei der zwei der beidseitig drehbar gelagerten Zug- und Drucklaschen (31 , 32, 33) parallel zueinander ausgerichtet sind und die dritte der Zug- und Drucklaschen (31 , 32, 33) diagonal zwischen den beiden anderen verläuft.

6. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Bremszangeneinheit (10) über eine beidseitig drehbar gelagerte Zug- und Drucklasche (33) und eine einseitig drehbar gelagerte Zug- und Drucklasche (34) mit der Konsole (3) verbunden ist, wobei zwei der Kräfte (Fi, F3) entlang jeweils einer der Zug- und Drucklaschen (33, 34) wirken und die weitere der Kräfte (F2) eine Biegekraft in der einseitig drehbar gelagerte Zug- und Drucklasche (34) ist.

7. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Bremszangeneinheit (10) über eine Messkonsole (37) mit zwei beidseitig eingespannten Zug- und Druckrippen (35, 36) mit der Konsole (3) verbunden ist, wobei zwei der Kräfte (Fi, F3) entlang jeweils einer der Zug- und Drucklaschen (33, 34) wirken und eine weitere der Kräfte (F2a, F2b) durch Biegekräfte in den beidseitig eingespannten Zug- und Druckrippen (35, 36) gegeben ist.

8. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Kraftsensoren Dehnungssensoren an den Zug- und Drucklaschen (31 , 32, 33, 34) oder Zug- und Druckrippen (35, 36) sind.

9. Bremseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der Kraftsensoren in den Lagerstellen der Zug- und Drucklaschen (31 , 32, 33, 34) angeordnet sind. 10. Verfahren zum Bestimmen eines auf eine Bremsscheibe (1 ) wirkendes Bremsmoments (MB) bei einer Bremseinrichtung mit den folgenden Schritten:

- Messen von mindestens drei unterschiedlichen Kräften (Fi, F2, F2a, F2b, F3) in der Ebene der Bremsscheibe (1 ), die auf eine Aufhängung einer Bremszangeneinheit (10) der Bremseinrichtung wirken, wobei zumindest zwei der Kräfte (Fi, F2, F2a, F2b, F3) quer zueinander stehen ;

- Bestimmen, anhand der mindestens drei unterschiedlichen Kräfte (Fi, F2, F2a, F2b, F3), einer Reibkraft (FR), die in einem mittleren Reibradius (rm) zwischen mindestens einem Bremsbelag (20) und der Bremsscheibe (1 ) wirkt; und

Bestimmen des Bremsmoments (MB) aus der Reibkraft (FR) und dem mittleren Reibradius (rm).

Description:
BESCHREIBUNG

Bremseinrichtung für ein Schienenfahrzeug und Verfahren zum Bestimmen eines Bremsmoments einer Bremseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit einer

Bremszangeneinheit, die über eine Konsole an einem Fahrwerk des Schienenfahrzeugs befestigbar ist und die über mindestens einen Bremsbelag auf eine Bremsscheibe einwirkt. Dabei sind an der Konsole und/oder der Bremszangeneinheit und/oder an Ver- bindungselementen zwischen der Konsole und der Bremszangeneinheit Kraftsensoren angeordnet, um ein auf die Bremsscheibe wirkendes Bremsmoment zu ermitteln. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bestimmen eines auf die Bremsscheibe wirkendes Bremsmoments bei einer Bremseinrichtung. Um eine Bremseinrichtung eines Schienenfahrzeugs beim Bremsvorgang möglichst präzise ansteuern zu können, ist im Betrieb eine ausreichend genaue Messung des Bremsmoments, das auf die Bremsscheibe und damit auf die gebremste Fahrzeugachse wirkt, erforderlich. Bei Kenntnis des gemessenen Bremsmoments kann dieses durch eine entsprechende Regelung der Ansteuerung eines Aktivators der Bremszangenein- heit an ein gewünschtes Bremsmoment angepasst werden. Anstelle einer technisch nur schwierig oder gar nicht zu realisierenden direkten Messung des Bremsmoments, wird dieses üblicherweise als Produkt einer Reibkraft, auch Bremskraft genannt, und eines Bremsradius berechnet. Die Reibkraft bezeichnet die beim Bremsen aufgrund der Reibung zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe tangential wirkende Kraft. Der Bremsradius gibt den Abstand von der Drehachse der Bremsscheibe bis zu dem Ansatzpunkt der Reibkraft an. Hierbei werden mittlere (effektive) Werte für Bremskraft und Bremsradius angenommen, die die üblicherweise verteilt auf einer größeren Fläche zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe wirkenden Kräfte zusammenfassend beschreiben.

Aus der Druckschrift WO 2009/1 18 350 A2 ist eine Bremseinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der eine Mehrzahl von Kraftsensoren vorgesehen sind, die an der Konsole der Bremszangeneinheit oder der Bremszangeneinheit selbst montiert sind und die mit der Reibkraft in nicht näher beschriebener Weise korrelierte Werte ausgeben. Diese Werte werden als Ist-Werte mit vorgegebenen Sollwerten verglichen, um die Bremseinrichtung bezüglich ihrer Bremswirkung zu regeln. Aus der Druckschrift WO 2010/069 520 A2 ist eine ähnliche Anordnung bekannt, bei der zwei Kraftsensoren vorgesehen sind, die an einer Konsole einer horizontal ausgerichteten Bremszangeneinheit die in voneinander beabstandeten Befestigungsstellen der Konsole vertikal wirkenden Kräfte ermitteln. Die Bremszangeneinheit ist dabei entlang einer waagerechten Achse angeordnet, auf der sowohl der Mittelpunkt der

Bremsscheibe, als auch der nominelle Kraftangriffspunkt der Reibkraft liegen. Die beiden Kraftsensoren ermöglichen eine quantitative Bestimmung der Reibkräfte unter der Annahme, dass der nominelle Kraftangriffspunkt auf der genannten horizontalen Achse liegt, also bei tangentialer Ausrichtung keine horizontale Kraftkomponente aufweist. Durch verschiedene äußere Faktoren, beispielsweise eine Einfederung des Fahrwerks, Tragbild der Bremse oder eine inhomogenen Verteilung des Flächenanpressdrucks zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe, kommt es in der Praxis jedoch zu einer Verschiebung des Kraftangriffspunkts der Reibkraft und damit verbunden eine Verdrehung des Reibkraftvektors. Die der Berechnung der Reibkraft zugrunde liegende Annahme, dass der Kraftangriffspunkt der Reibkraft auf der horizontalen Achse liegt, sind dann nicht mehr erfüllt, wodurch ein nicht korrekter Wert der Reibkraft und damit des

Bremsmoments ermittelt wird.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremseinrichtung bzw. ein Verfahren zur Bestimmung einer Reibkraft bei einer Bremseinrichtung zu schaffen, die auch bei einer Verschiebung des Kraftangriffspunkts der Reibkraft im Betrieb der Bremseinrichtung die Bestimmung eines korrekten Werts der Reibkraft und des

Bremsmoments ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch eine Bremseinrichtung bzw. ein Verfahren mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Eine erfindungsgemäße Bremseinrichtung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass mit den Kraftsensoren sämtliche in der Ebene der Bremsscheibe wirkende und von der Bremszangeneinheit in die Konsole bzw. in das Drehgestell übertragene Kräfte und Kraftkomponenten erfassbar sind. Durch die Messung von nicht nur parallel zueinander stehenden Kräften in der Aufhängung der Bremszangeneinheit kann auch die Reibkraft in der Ebene der Bremsscheibe vollständig, d.h. bezüglich des Absolutwerts und der Richtung, bestimmt werden. Dadurch kann die tatsächlich tangential wirkende Reibkraft bestimmt werden und nicht nur ihre Projektion auf eine vorgegebene, beispielsweise vertikale Achse. Entsprechend kann das tatsächliche Bremsmoment bestimmt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Bremseinrichtung sind die Kraftsensoren zur Messung von mindestens drei unterschiedlichen, in der Ebene der Bremsscheibe wirkenden Kräften eingerichtet sind, wobei zumindest zwei der Kräfte quer zueinander ste- hen. Bei geeigneter Anordnung der Kraftsensoren sind die genannten drei Sensoren ausreichend, um alle von der Bremszangeneinheit in die Konsole bzw. in das Drehgestell übertragenen Kräfte und Kraftkomponenten zu erfassen. Bevorzugt verläuft zumindest eine der Kräfte ganz oder zumindest mit einer Kraftkomponente in Richtung einer Längsachse der Bremszangeneinheit. Wenn beispielsweise die Bremszangeneinheit mit ihrer Längsachse horizontal ausgerichtet ist, ist vorteilhaft zumindest eine gemessene Kraft ebenfalls horizontal ausgerichtet oder weist zumindest eine horizontale Kraftkomponente auf.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Bremseinrichtung sind die Verbindun- gelemente, über die die Bremszangeneinheit mit der Konsole verbunden ist, drei beidseitig drehbar gelagerte Zug- und Drucklaschen, wobei die drei unterschiedlichen von den Kraftsensoren zu messenden Kräfte entlang jeweils einer der Zug- und Drucklaschen wirken. Bevorzugt sind zwei der Zug- und Drucklaschen parallel zueinander ausgerichtet und die dritte verläuft diagonal zwischen den beiden anderen. Diese Art der Aufhängung ermöglicht auf einfache Weise die Messung der benötigten drei Kräfte, beispielsweise durch Dehnungsmessstreifen als Kraftsensoren, die an den Zug- und Drucklaschen angeordnet sind, oder durch Kraftsensoren, die in den Lagerstellen der Zug- und Drucklaschen angeordnet sind. In einer dazu alternativen Ausgestaltung der Bremseinrichtung erfolgt die Verbindung der Bremszangeneinheit mit der fahrgestellseitigen Konsole über eine beidseitig drehbar gelagerte Zug- und Drucklasche und eine einseitig drehbar gelagerte Zug- und Drucklasche, wobei zwei der drei unterschiedlichen Kräfte entlang jeweils einer der Zug- und Drucklaschen wirken und die weitere der drei unterschiedlichen Kräfte eine Biegekraft in der einseitig drehbar gelagerte Zug- und Drucklasche ist.

In einer weiteren dazu alternativen Ausgestaltung der Bremseinrichtung ist die

Bremszangeneinheit über eine Messkonsole mit zwei beidseitig eingespannten Zug- und Druckrippen mit der Konsole verbunden, wobei zwei der drei unterschiedlichen Kräfte entlang jeweils einer der Zug- und Drucklaschen wirken und die weitere der drei unterschiedlichen Kräfte durch Biegekräfte in den beidseitig eingespannten Zug- und Druckrippen gegeben ist.

Auch bei diesen alternativen Aufhängungen der Bremszangeneinheit ist die Messung der benötigten drei Kräfte auf einfache Art und Weise möglich, wiederum z.B. durch Dehnungsmessstreifen oder Kraftsensoren, die in den Lagerstellen der Zug- und Drucklaschen angeordnet sind.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen eines auf eine Bremsscheibe wirkendes Bremsmoments bei einer Bremseinrichtung weist die folgenden Schritte auf: Es werden mindestens drei unterschiedliche Kräfte in der Ebene der Bremsscheibe gemessen, wobei die Kräfte auf eine Aufhängung einer Bremszangeneinheit der Brem- seinrichtung wirken, und wobei zumindest zwei der Kräfte quer zueinander stehen.

Anhand der mindestens drei unterschiedlichen Kräfte wird eine Reibkraft, die in einem mittleren Reibradius zwischen mindestens einem Bremsbelag und der Bremsscheibe wirkt, bestimmt und anschließend aus der Reibkraft und dem mittleren Reibradius das Bremsmoment. Es ergeben sich die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung genannten Vorteile.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen : Figur 1 bis 3 jeweils eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer anmeldungsgemäßen Bremseinreichtung. Figur 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Bremseinrichtung für ein Schienenfahrzeug.

Die Bremseinreichtung weist eine Bremsscheibe 1 auf, die um einen Mittelpunkt 2 drehbar gelagert ist. Die Bremsscheibe 1 kann in bekannter Weise eine Wellen- oder eine Radbremsscheibe sein. Von der Bremsscheibel ist nur ein äußerer Rand dargestellt, auf den Bremsbeläge 20 wirken, von denen ein vorderer, auf der hier dargestellten Seite der Bremsscheibe 1 angeordneter Bremsbelag 20 in der Figur 1 sichtbar ist.

Die Bremsbeläge 20 werden von einer Bremszangeneinheit 10 gehalten und bei Betätigung der Bremse mit einer Anpresskraft senkrecht auf die Oberfläche der

Bremsscheibe 1 gepresst. Die Bremsbeläge 20 sind zu diesem Zweck an Bremszangen 1 1 gelagert, die mit Hilfe eines hier nicht näher dargestelten Aktuators 12 die Bremsbeläge 20 auf die Bremsscheibe 1 pressen. Die Bremszangeneinheit 10 weist zur

Befestigung einen Montagesockel 13 auf, über den sie mit Verbindungselementen 30 an einer Konsole 3 montiert ist. Die Konsole 3 ist fest an einem Fahrwerk, beispielsweise einem Drehgestell, eines Schienenfahrzeugs verankert. Details der Verbindungselemente 30 zwischen der fahrwerksseitigen Konsole 3 und dem Montagesockel 13 der Bremszangeneinheit 10 werden nachfolgend näher erläutert. Mit der dargestellten Bremseinrichtung wird eine Achse eines Schienenfahrzeuges abgebremst, indem ein Bremsmoment M B auf diese Achse ausgeübt wird. Dieses

Bremsmoment M B resultiert aus einer Reibkraft F R , die zwischen den Bremsbelägen 20 und der Bremsscheibe 1 wirkt. Die Reibkraft F R wirkt tangential an der Bremsscheibe 1 in einem mittleren Bremsradius r m , wobei für das Bremsmoment M B gilt:

M B = FR - r, m (Gl- 1 )- In der Ebene der Bremsscheibe 1 sind zwei orthogonal zueinander verlaufende

Richtungen definiert, eine x-Richtung und eine y-Richtung. Ausgehend vom Mittelpunkt 2 der Bremsscheibe 1 wird durch diese beiden Richtungen ein Koordinatensystem mit x- und y-Achsen definiert. Dabei ist die Bremszangeneinheit 10 mit einer Längsachse entlang der x-Achse angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die x-Achse horizontal, d.h. parallel zur Schiene, auf der das Schienenfahrzeug fährt. In alternativen Ausgestaltungen könnte die Bremszangeneinheit 10 jedoch geneigt zur horizontalen Richtung eingebaut sein. In dem Fall stimmt die x-Richtung nicht mit der horizontalen Richtung überein.

Jedes Flächenelement der Bremsbeläge 20 steuert einen Anteil am Bremsmoment M B bei, wobei dieser Anteil abhängig vom Radius des entsprechenden Flächenelements (d.h. dem Abstand des Flächenelements vom Mittelpunkt 2 der Bremsscheibe 1 ), dem Reibwert und dem auf das Flächenelement wirkenden Druck ist. Das Bremsmoment M B ergibt sich dann als Integral über die gesamte Fläche der Bremsbeläge 20. Die

Reibkraft der einzelnen Flächenelemente resultiert in der Reibkraft F R , die an einem mittleren Reibradius r m wirkt.

In der Regel sind die Bremsbeläge 20 und die Bremszangeneinheit 10 so ausgelegt und positioniert, dass der Flächenschwerpunkt der Bremsbeläge 20 auf der x-Achse liegt.

Unter der Annahme, dass der Anpressdruck der Bremsbeläge 20 konstant über die gesamte Fläche der Bremsbeläge 20 ist und auch der Reibwert über die Fläche der Reibklötze 20 nicht variiert, liegt der Kraftangriffspunkt der Bremskraft F R auf der x- Achse. In dem Fall weist die Bremskraft F R in Richtung der (negativen) y-Achse, der Wirkwinkel ß, unter dem der Kraftansatzpunkt vom Mittelpunkt 2 der Bremsscheibe 1 aus positiniert ist, ist gleich 0. In diesem Fall hat die Bremskraft F R keine Kraftkomponente F Rx in x-Richtung (F Rx = 0). Da jedoch die Geometrie der Bremseinrichtung nicht zwingend so gestaltet ist, dass der Kraftangriffspunkt auf der x-Achse liegt und zudem in der Regel weder ein über die Fläche des Bremsbelags konstanter Anpressdruck beziehungsweise Reibwert herrschen, liegt der Kraftangriffspunkt häufig nicht auf der x-Achse, sondern von dem Mittelpunkt 2 aus betrachtet unter einem Wirkwinkel ß ungleich Null. Dieses führt dazu, dass die Bremskraft F R sowohl eine Kraftkomponente F Ry in y-Richtung, als auch eine Kraftkomponente F Rx in x-Richtung aufweist. Die im Folgenden näher erläuterte Aufhängung der Bremszangeneinheit 10 durch die Verbindungselemente 30 und die dabei umgesetzte Kräftemessung ermöglicht eine korrekte Bestimmung der Bremskraft F R unter Berücksichtung der Kraftkomponente F Rx in x-Richtung . Beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist die Konsole 3 zwei Aufhängungspunkte auf, einen ersten fahrgestellseitigen Aufhängepunkt 4 und einen zweiten fahrgestellseitigen Aufhängepunkt 5. Diese beiden Aufhängepunkte sind um einen Abstand b voneinander in x-Richtung beabstandet. Die beiden Aufhängepunkte 4 und 5 können auch direkt im Drehgestell realisiert sein. Die Konsole 3 wäre dann fester Bestandteil des Drehges- telles und nicht, wie hier dargestellt, ein separates Bauteil.

In y-Richtung, also in diesem Fall in vertikaler Richtung, sind beide Aufhängepunkte 4, 5 in gleicher Höhe angeordnet. Der Montagesockel 13 an der Bremszangeneinheit 10 weist ebenfalls zwei Aufhängepunkte auf, einen ersten bremszangenseitigen

Aufhängepunkt 14 und einen zweiten bremszangenseitigen Aufhängepunkt 15, die gleichermaßen um den Abstand b in x-Richtung voneinander beabstandet sind.

Die Bremszangeneinheit 10 ist nun durch drei Zug- und Drucklaschen 31 - 33 als Verbindungselemente 30 mit der Konsole 3 verbunden. Die erste Zug- und Drucklasche 31 verbindet beidseitig gelenkig den ersten fahrgestellseitigen Aufhängepunkt 4 mit dem ersten bremszangenseitigen Aufhängepunkt 14. Die zweite Zug- und Drucklasche 32 verbindet beidseitig gelenkig den zweiten fahrgestellseitigen Aufhängepunkt 5 mit dem zweiten bremszangenseitigen Aufhängepunkt 15. Schließlich verbindet die dritte Zug- und Drucklasche 33 den ersten bremszangenseitigen Aufhängepunkt 14 mit dem zwei- ten fahrgestellseitigen Aufhängepunkt 5. Es versteht sich, dass die drei genannten Zug- und Drucklaschen 31 - 33 in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Bremsscheibe 1 ausgedehnt sein können, um eine Drehung der Bremszangeneinheit 10 um die y-Achse zu verhindern. An der gezeigten Anordnung sind drei hier nicht dargestellte und auf Zug- oder Druck sensitive Kraftsensoren angeordnet, die jeweils eine Zug- oder Druckbelastung der jeweiligen Zug- und Drucklasche 31 -33 messen. Die Sensoren können entweder als Dehnungssensoren, z.B. Dehnungsmessstreifen, an den Zug- oder Drucklaschen 31 - 33 angeordnet sein oder auch in den Gelenkaugen an den Aufhängepunkten 4, 5, 14, 15 positioniert sein.

Im Resultat sind die drei Sensoren dazu eingerichtet, drei Kräfte Fi, F 2 und F 3 zu messen, die in Richtung der Längserstreckung der Zug- und Drucklaschen 31 - 33 wirken. Die drei Kräfte Fi - F 3 sind in der Figur 1 eingezeichnet.

Fi ist der ersten Zug- und Drucklasche 31 , F 2 der zweiten Zug- und Drucklasche 32 und F 3 der dritten Zug- und Drucklasche 33 zugeordnet. Die Kräfte Fi und F 3 wirken in Richtung der y-Achse bzw. der negativen y-Achse. F 2 wirkt in einer Richtung, die um den Winkel α gegenüber der y-Achse geneigt ist. Dieser Winkel α ist bekannt und ergibt sich aus dem Abstand b in horizontaler Richtung zwischen den Aufhängepunkten 4, 5 bzw. 14, 15 und dem Abstand der Aufhängepunkte 4, 5 bzw. 14, 15 in y-Richtung, der der Länge der ersten bzw. dritten Zug- und Drucklasche 31 , 33 entspricht. Neben den Größen b und a, die bekannt und somit vorgegeben sind, ist weiterhin die Position des ersten bremszangenseitigen Aufhängepunkts 14 relativ zum Mittelpunkt 2 der

Bremsscheibe 1 vorbekannt. Dieser Aufhängepunkt hat die Koordinaten e x , e y , ist also um den Abstand e x vom Mittelpunkt 2 in x-Richtung und um den Abstand e y vom Mittelpunkt 2 in y-Richtung beabstandet.

Beim Betrieb der Bremseinrichtung werden die Kräfte Fi, F 2 und F 3 gemessen. Die ge- messene Kraft F 2 teilt sich dabei in eine in y-Richtung wirkende Kraftkomponente der Größe F 2 cos (a) und eine in x-Richtung wirkende Kraftkomponente der Größe

F 2 " sin (a) auf. Da die x- bzw. y-Komponenten F Rx , F Ry der Bremskraft F R von den jewei- ligen Kräften bzw. Kraftkomponenten in x- und y-Richtung der Kräfte Fi bis F 3 aufgebracht werden müssen, gilt:

F Rx = -F 2 ' sin (a) ; F Ry = Fi + F 2 cos (a) - F 3 (Gl. 2).

Aus den Kraftkomponenten F Rx und F Ry lässt sich schließlich die resultierende Bremskraft F R sowie der Wirkwinkel ß über folgende trigonometrische Beziehung bestimmen:

F R = (F Rx 2 + F Ry 2 ) 1 2 ; ß= arctan (F Rx /F Ry ) (Gl. 3).

Die Kräfte F 3 und F Ry lassen sich über das Hebelgesetz in eine weitere Beziehung miteinander setzen :

F Ry - a = F 3 - b (Gl. 4).

Für diese Gleichung 4 wird davon ausgegangen, dass sich der Montagesockel 13 um den im Raum festliegenden ersten bremszangenseitigen Aufhängungspunkt 14 drehen kann, wobei ein Hebel der Länge b gebildet ist, an dessen Ende die Kraft F 3 wirkt. Weitehin ist in Verlängerung des Hebels mit der Länge b ein gedachter Hebel der Länge a angeordnet, an dessen Ende die Kraft F R wirkt. Die Länge a des Hebels ergibt sich aus dem Schnittpunkt der verlängerten Verbindung zwischen der zweiten bremszangenseitigen Aufhängepunkt 15 und dem ersten bremszangenseitigen Aufhängepunkt 14 einerseits, sowie der Verlängerung der Kraftwirkungslinie der Kraft F R andererseits. Bei dieser mathematisch zulässigen Verschiebung der Reibkraft in diesen Schnittpunkt ist die x-Komponente F Rx der Kraft F R irreleveant für die Kraft F 3 und Gleichung 4 ist gültig.

Die Länge des Hebelarms a ist zudem über geometrische bzw. trigonometrische Funktionen mit dem mittleren Bremsradius r m und den Koordiaten e x und e y der Position des ersten bremszangenseitigen Aufhängepunkt 14 verbunden, wodurch aus Gleichung 4 sowie dem bereits berechneten Wirkwinkel ß sich der mittlere Bremsradius r m berechnen lässt. Damit sind sowohl die Bremskraft F R als auch der mittlere Bremsradius r m bekannt, so dass sich gemäß Gleichung 1 das Bremsmoment M B bestimmen lässt. Das auf diese Weise aus den gemessenen Kräften Fi bis F 3 berechnete Bremsmoment M B kann beispielsweise verwendet werden, um ein gewünschtes Bremsmoment einzustellen, dass zu einer gewünschten vorbestimmen Verzögerung des Schienenfahrzeuges führt. Die Anpresskraft, mit der die Bremsbeläge 20 dann auf die Bremsscheibe 1 durch den Aktuator 12 gepresst werden, kann so geregelt werden, dass das gewünschte Bremsmoment M B erreicht wird.

In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer anmeldungsgemäßen Bremseinrichtung in gleicher Weise wie in Figur 1 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in dieser wie der nächsten Figur gleiche oder gleich wirkende Elemente wie bei Figur 1 . Vom Grundaufbau her entspricht die Bremseinrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels der gemäß Figur 1 , auf deren Beschreibung hiermit explizit verwiesen wird.

Unterschiedlich bei den beiden Ausführungsbeispielen sind die Verbindungselemente 30, mit denen der Montagesockel 13 der Bremszangeneinheit 10 an der Konsole 3 befestigt ist. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist anstelle der ersten und zweiten beidseitig drehbar gelagerten Zug- und Drucklaschen 31 , 32 eine einseitig drehbar gelagerte Zug- und Drucklasche 34 vorgesehen. Diese ist beim dargestellten

Ausführungsbeispiel auf Seiten des Montagesockels 13 der Bremszangeneinheit 10 fest verbunden und nur im zugeordneten ersten fahrgestellseitigen Aufhängepunkt 4 drehbar gelagert.

Mit dieser einseitig gelagerten Zug- und Drucklasche 34 sind zwei Kraftsensoren verbunden, mit denen die Kräfte Fi in Richtung der y-Achse sowie F 2 ' in Richtung der (ne- gativen) x-Achse gemessen werden. Beide Drucksensoren können wiederum als Biegebzw. Strecksensoren an der einseitig gelagerten Zug- und Drucklasche 34 angeordnet sein oder auch im Lagerauge des ersten fahrgestellseitigen Aufhängepunkts 4.

Der zweite fahrgestellseitige Aufhängepunkt 5 ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel über eine beidseitig gelagerte Zug- und Drucklasche 33 mit dem zugeordneten

Aufhängepunkt 15 des Montagesockels 13 verbunden. An dieser bzw. im Zusammenhang mit dieser beidseitig gelagerten Zug- und Drucklasche wird die Kraft F 3 in

Richtung der (negativen) y-Achse gemessen. Wiederum werden die Kräfte Fi bis F 3 im Betrieb der Bremse gemessen. Geometrisch vorgegeben sind die Koordiaten e x und e y , die vorliegend die Position des ersten fa- hrgestellseitigen Aufhängepunkts 4 relativ zum Mittelpunkt 2 der Bremsscheibe 1 ange- ben, sowie der Abstand b der beiden fahrgestellseitigen Aufhängepunkte 4, 5 in x- Richtung.

Analog zu den Gleichungen 2 beim ersten Ausführungsbeispiel gelten hier folgende Beziehungen :

F R x = F 2 ; FR y = Fi - F3 (Gl. 5).

Die Gleichungen 3 und 4 gelten gleichermaßen wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Wiederum lässt sich aus dem gemessenen Kräften Fi bis F 3 sowohl die Bremskraft F R und der Wirkwinkel ß berechnen, ebenso wie der mittlere effektive Bremsradius r m und schließlich das Bremsmoment M B .

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer anwendungsgemäßen Bremseinrichtung in gleicher Darstellungsweise wie bei den Figuren 1 und 2. Es wird wiederum auf die Beschreibung, insbesondere zu Figur 1 , verwiesen.

Auch dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich durch die Art der Verbindungselemente 30 zwischen der Konsole 3 und dem Montagesockel 13 der Bremszangeneinrichtung 10.

Die Verbindungselemente 30 zwischen der Konsole 3 und dem Montagesockel 13 sind in diesem Fall beidseitig eingespannt. Sie werden nachfolgend als beidseitig eingespannte Zug- und Druckrippen 35, 36 bezeichnet. Die Zug- und Druckrippen 35 und 36 sind beispielsweise Teil einer einstückigen Messkonsole 37, die im Querschnitt ein doppeltes H-Profil aufweist. Vergleichbar mit der einseitig gelagerten Zug- und Drucklasche 34 des zweiten Ausführungsbeispiels ist hier bei jeder der beiden beidseitig eingespannten Zug- und Druckrippen 35, 36 eine Sensorik angeordnet, die zum einen eine in y-Richtung weisende und zum anderen eine in x-Richtung weisende Kraftkom- ponente messen kann. Die in y-Richtung wirkende Kraft in der beidseitig eingespannten Zug- und Druckrippe 35 ist als Kraft Fi bezeichnet, die in y-Richtung wirkende Kraft in der beidseitig eingespannten Zug- und Drucklasche 36 als Kraft F 3 . Die jeweilige in y- Richtung wirkende Kraft ist als Kraft F 2a bzw. F 2 b bezeichnet. Beispielsweise können zu beiden Seiten der jeweiligen beidseitig vorgespannten Zug- und Druckrippen 35, 36 Dehnungsmessstreifen angebracht sein. Aus der Summe der Dehnungungen bzw. Stauchungen ergibt sich die jeweilige Kraft komponente in y-Richtung. Aus der Differenz der beiden Messwerte von Dehnung bzw. Stauchung ergibt sich die Kraftkomponente in x-Richtung.

Im Betrieb der Bremseinrichtung werden die Kräfte Fi, F 2a , F 2 b und F 3 gemessen. Durch die Geometrie der Bremseinrichtung vorgegeben sind wiederum der Abstand b der beidseitig vorgespannten Zug- und Druckrippen 35, 36 sowie die Koordiaten e x und e y . Diese Koordiaten beschreiben die Lage des ersten Hebelpunkts in der Aufhängung des Montagesockels 13, der beim vorliegenden Fall durch die Position der Mitte der ersten beidseitig vorgespannten Zug- und Druckrippe 35 gegeben ist.

Für die Bremskraftkomponenten F Rx und F Ry gilt die folgende Beziehung : F Rx = F 2a + F 2b ; F Ry = Fi - F 3 (Gl . 6).

Die in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Gleichungen 3 und 4 gelten auch in diesem Fall. Wiederum kann sowohl die Bremskraft F R als auch der Wirkwinkel ß bestimmt werden, sowie der effektive mittlere Bremsradius r m . Aus diesen Größen lässt sich gemäß Gleichung 1 das Bremsmoment M B bestimmen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Bremsscheibe

2 Mittelpunkt der Bremsscheibe

3 Konsole

4 erster fahrgestellseitiger Aufhängungspunkt

5 zweiter fahrgestellseitiger Aufhängungspunkt

10 Bremszangeneinheit

1 1 Bremszange

12 Aktuator

13 Montagesockel

14 erster bremszangenseitiger Aufhängungspunkt

15 zweiter bremszangenseitiger Aufhängungspunkt

20 Bremsbelag

30 Verbindungselement

31 - 33 beidseitig drehbar gelagerte Zug- und Drucklasche 34 einseitig drehbar gelagerte Zug- und Drucklasche

35, 36 beidseitig eingespannte Zug- und Druckrippe

37 Messkonsole x, y Koordinaten in der Ebene der Bremsscheibe

F R Reibkraft

F Rx x-Komponente der Reibkraft

F Ry y-Komponente der Reibkraft

Fi, F 2 , F 3 gemessene Kraft

F2a, F 2 b gemessene Kraft

r m mittlerer Bremsradius

M B Bremsmoment

ß Wirkwinkel

α Ausrichtungswinkel der zweiten Druck- und Zuglasche ; , e y Koordianten des ersten effektiven Aufhängungspunkts der Bremszangenein heit

scheinbare Hebelarmlänge in x-Richtung

Abstand der Aufhängungspunkte in x-Richtung