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Dreidrucksteuerventil für Druckluftbremsen, insbesondere von Schienenfahrzeugen
Die Erfindung bezieht sich auf bei Druckluftbremsen von Eisenbahnzügen verwendete
Dreidrucksteuerventile mit einer zur lokalen Anzapfung der Hauptluftleitung dienenden
Übertragkammer, die über eine vor dem Öffnen des Einlaßventils zum Bremszylinder
wirksam werdende, von dem Dreidrucksteuerventil gesteuerte Verbindung und über ein
nur in der ersten Bremsstufe offenes, während des Bremsens jedoch durch den Bremszylinderdruck
abgeschlossenes Ventil mit der Hauptluftleitung verbunden ist.
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Wenn bei Beginn einer Bremsung die dem Zug durchlaufende Hauptluftleitung
durch die Beschleunigungseinrichtungen der Steuerventile in die noch aufnahmefähigen
Übertragkammern der ersteren abgezapft wird, so bedeutet das eine Beschleunigung
des Druckabfalles in der Leitung, was wiederum der Reaktionsempfindlichkeit der
Steuerventile zugute kommt. Um jedoch eine ausreichende Feinstufigkeit der Bremse
zu erzielen, wird - wie erwähnt - jede Übertragkammer in der Weise überwacht, daß_sie
nur zur möglichst raschen Einleitung einer Bremsung und Erreichung der ersten Bremsstufe
aufnahmebereit ist, bei den weiteren Bremsvorgängen bis zur Vollbremsung aber nicht
mehr zur Verfügung steht. Somit ist bei diesen weiteren Bremsvorgängen die Reaktionsempfindlichkeit
des Steuerventils gegenüber derjenigen bei
Bremseinleitung herabgesetzt,
und es besteht die Gefahr, daß diese Reaktionsempfindlichkeit bei einer kurz vor
der Vollösung eingeschalteten schwachen Zwischenbremsung, wobei die sogenannte Empfindlichkeitsbohrung
bereits wieder geöffnet ist, nicht ausreicht, den Kolbensatz des Steuerventils eine
eindeutige Bewegung zur Durchführung dieser Bremsung ausführen zu lassen. Dieser
labile Zustand bedeutet aber eine Erschöpfungsgefahr für die Bremse, weil dabei
Druckluft aus der an sich auf konstantem Druck zu haltenden Steuerkammer des Dreidrucksteuerventils
in die Hauptluftleitung abströmen kann.
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Dieser betriebsgefährdende Nachteil soll durch die Erfindung beseitigt
werden, wobei die hierzu verwendeten Mittel einen möglichst einfachen Aufbau besitzen,
betriebssicher sein und z. B. nach Überholungsarbeiten in möglichst einfacher Weise
in ihrer richtigen Funktion einstellbar sein sollen.
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Diese erfindungsgemäßen Mittel bestehen in einem Zusatzkolben, der
unter dem Druck, welcher vor dem durch den Bremszylinderdruck gesteuerten Ventil
für die Überwachung der Verbindung zwischen der Übertragkammer und der Hauptluftleitung
herrscht, im Sinne des Öffnens des Einlaßventils zum Bremszylinder auf das Dreidrucksteuerventil
wirkt.
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Eine bekannte Steuervorrichtung für Druckluftbremsen, bei welcher
ein durch den Inhalt der Übertragkammer der Beschleunigungseinrichtung verursachter
Druckstoß ein Dreidrucksteuerventil bei Einleitung einer Bremsung bis zur Erreichung
des Mindestdruckes im Bremszylinder zwecks Ausschaltung von Stauwirkungen beeinflussen
soll, kann die erfindungsgemäße Aufgabe nicht lösen, denn dieser Druckstoß ist nur
ein vorübergehender und steht nicht bei allen Bremsvorgängen zur Verfügung, die
nach Erreichen der ersten Bremsstufe, also bei nicht aufnahmebereiter Übertragkammer,
bis zur neuen Vollösung möglich sind. Somit besteht bei dieser bekannten Vorrichtung
ebenfalls die bereits geschilderte Gefahr, daß sich bei einem dieser Bremsvorgänge
mit nicht aufnahmebereiter Übertragkammer ein labiler, die Erschöpfung der Bremse
mit sich bringender Betriebszustand einstellt.
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Des weiteren ist eine Beschleunigungseinrichtung mit zwei Übertragkammern
bekannt, wobei in der ersten Bremsstufe beide Kammern mit Druckluft aus der Hauptluftleitung
gefüllt werden. Bei den weiteren Bremsstufen ist dann eine der beiden Übertragkammern
ausgeschaltet, zur Erzielung einer erhöhten Reaktionsempfindlichkeit des Steuerventils
steht jedoch die zweite Kammer in all diesen Stufen zur Aufnahme von Leitungsluft
zur Verfügung. Der konstruktive Aufbau dieser Beschleunigungseinrichtung ist ein
verhältnismäßig komplizierter, wobei die beiden ineinander angeordneten Übertragkammern
auch einen entsprechenden gießtechnischen Aufwand bedingen. Die Füllung beider Übertragkammern
in der ersten und nur einer Übertragkammer in den weiteren Bremsstufen erfordert
verschieden große Hübe des die Einlässe zu den Übertragkammern überwachenden Steuerschiebers
und damit eine sorgfältige Justierung verschiedener Federn. Diese Beschleunigungseinrichtung
mit zwei Übertragkammern besitzt also Nachteile sowohl baulicher als auch' funktioneller
Art, welche durch die erfindungsgemäßen Mittel beseitigt sind.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer
Weitse dargestellt. Bei der in Fig. I gezeigten Bremseinrichtung enthält das Dreidrucksteuerventil
I einen Kolben 3, welcher auf seiner in der Zeichnung oberen Seite vom jeweiligen
Druck in der über die Länge des Zuges sich erstreckenden Hauptluftleitung 5 und
auf seiner unteren Seite vom konstanten Druck des Raumes 7 beaufschlagt ist. Der
Kolben 3 ist starr mit einem rohrförmigen Glied 9 verbunden, das einen Auslaß II
besitzt und dessen oberes ebenfalls offenes Ende 13 einen Sitz für ein Ventil 15
bildet. Letzteres Ventil liegt im gelösten Zustand der Bremse unter der Wirkung
der Feder 17 auf einem zum Sitz 13 konzentrischen Sitz I9 auf. Das rohrförmige Glied
9 trägt einen Rückführkolben 21, auf welchen eine Feder 23 wirkt, die das Kolbensystem
234 3 im vollgelösten Zustand der Bremse in der unteren Endlage hält. Das
Ventil 15 überwacht die vom Vorratsluftbehälter 24 (der über ein nicht gezeigtes
Rückschlagventil aus der Hauptluftleitung 5 gefüllt wird) kommende Leitung 25 gegenüber
ihrer zum Bremszylinder 27 führenden Fortsetzung 29. Das aus den beiden Kolben 3
und 2I, dem Rohr 9 sowie Verbindungsteilen zusammengesetzte bewegliche System des
Dreidrucksteuerventils I trägt außerdem eine Ventilplatte 34 welche mit dem offenen
Ende 33 eines hülsenförmigen Gliedes 35 zusammenwirkt. Diese Hülse trägt ihrerseits
einen ringförmigen Ventilteller 37, welcher seinen Sitz bei 39 im Gehäuse des Steuerventils
findet. Eine Feder 4I sorgt dafür, daß die bei 43 abgedichtet geführte Hülse 35
die Bewegungen des Kolbensystems bis zum Aufsitzen des Ringes 37 bei 39 mitmacht.
Bei geöffnetem Ventil 37 ist die Leitung 45 über den Auslaß 47 ins Freie entlüftet,
während sie bei geschlossenem Ventil 37 und dafür von der Hülse 35 abgehobenem Teller
31 mit dem Druck der Hauptluftleitung 5 über die Drossel 49 beaufschlagt wird. Die
Leitung 45 besitzt eine Abzweigung 5I, die zum Steuerventil I zurückführt und über
welche ein Kolben 53 beaufschlagt wird, der .eigenverschiebbar auf der Hülse g sitzt.
Der Kolben 53 trägt eine Feder 55, und sein Weg ist durch einen Anschlag 57 begrenzt.
Die Leitung 45 mündet an einer Vorkammer 59 des überwachungsventils 61 für die soggenannte
übertragkammer 63. Letztere ist über eine Drosselöffnung 65 mit der Außenluft dauernd
verbunden. Die Verbindung zwischen den Kammern 59 und 63 wird durch ein Ventil 67
überwacht, das ein Kolben 69 gegen die Kraft einer Feder 71 schließt. Der Kolben
69 wird durch die Leitung 29 und deren Zweig 73 mit dem jeweiligen Druck im Bremszylinder
27 beaufschlagt. Von der Hauptluftleitung 5 führt eine Abzweigung 75 zu einer Überwachungseinrichtung
77
und weiter zum Raum 7 konstanten Druckes des Dreidrucksteuerventils
I. Die Überwachungseinrichtung 77 enthält ein durch eine Feder 79 offengehaltenes
Ventil 81, welches gegen diese Feder ein Kolben 83 betätigt. Dieser Kolben wird
aus der Leitung 29 mit dem Druck im Bremszylinder 27 beaufschlagt. Die Leitung 75
enthält die Empfindlichkeitsöffnung 85, die während der Offenstellung des Ventils
81 die Reaktionsempfindlichkeit des Dreidrucksteuerventils I bestimmt.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Im ungebremsten
Zustand nehmen die Teile die aus der Zeichnung ersichtliche Stellung ein. Das Kolbensystem
im Dreidrucksteuerventil I wird durch die Feder 23 in seiner unteren Endlage gehalten,
wobei das Ventil 15, beaufschlagt durch die Feder 17, auf dem Sitz I9 aufliegt und
dabei den Hilfsluftbehälter 24 vom Bremszylinder 27 trennt. Letzterer ist über den
Auslaß II ins Freie entlüftet. Auf der oberen Seite des Kolbens 3 herrscht der höchste
Regeldruck der Hauptluftleitung, und mit dem gleichen Druck ist über die Empfindlichkeitsöffnung
85 sowie das offene Ventil 81 und die Leitung 75 auch der Raum 7 unterhalb des Kolbens
3 aufgefüllt. Die Empfindlichkeitsöffnung 85 ist so bemessen, daß sie bei Druckschwankungen
in der Hauptluftleitung 5, die eine Grenzgeschwindigkeit nicht überschreiten, einen
jeweiligen Ausgleich zwischen Hauptluftleitung und Steuerkammer 7 ermöglicht und
damit ein ungewolltes Anspringen der Bremse verhindert. Die Überwachungsventile
67 und 81 sind offen, nachdem die Leitung 29 zusammen mit dem Bremszylinder 27 entlüftet
ist. Die Steuerhülse 35 im Dreidrucksteuerventil wird gegen die Kraft der Feder
4I in einer Stellung gehalten, in welcher das Ventil 3I geschlossen, das Ringventil
37 geöffnet ist. Damit stehen Vorkammer 59 und Leitung 45 sowie Leitung 5I ebenfalls
mit der Außenluft in Verbindung, so daß der Kolben 53 seine gezeigte untere Endlage
einnimmt, in welcher die Feder 55 außer Kraftschluß mit dem Kolben 21 sich befindet.
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Wird zwecks Einleitung einer Bremsung der Druck in der Hauptluftleitung
5 vom Lokomotivführer verringert, so bewegt sieh das Kolbensystem 3, 21 unter dem
entstehenden Überdruck im Raum 7 nach oben. Dabei geht die Hülse 35 unter der Wirkung
der Feder 4I bis zum Abschluß des Ventils 37, 39 und Öffnen des Ventils 31, 33 mit.
Über letzteres Ventil strömt Druckluft, zeitlich gesteuert durch die Drossel 49,
aus dem mit der Hauptluftleitung 5 verbundenen Raum des Steuerventils durch die
Leitung 45 in die Vorkammer 59 und weiter über das geöffnete Ventil 67 in die Übertragkammer
63 und füllt die letztere. Diese an jedem Steuerventil vorgenommene lokale Anzapfung
der Hauptluftleitung beschleunigt den Druckabfall in der letzteren und erhöht damit
die Reaktionsempfindlichkeit des Steuerventils, dessen seine bisherige Empfindlichkeit
bestimmende Öffnung 85 durch das Ventil 81 gesperrt wird, das der vom ansteigenden
Bremszylinderdruck beaufschlagte Kolben 83 gegen die Wirkung der Feder 79 auf seinen
Sitz preßt. Der Anstieg des Druckes im Bremszylinder 27 und damit auch in der Leitung
29 ist durch Abschluß des Auslaßventils 15, 13 und Offnen des Einlaßventils 15,
I9 im Dreidrucksteuerventil bedingt. Der ansteigende Bremszylinderdruck bewegt auch
das Ventil 67 gegen die Kraft der Feder 71 auf seinen Sitz, wodurch die Vorkammer
59 von der Übertragkammer 63 für den weiteren Brems- und Löseverlauf getrennt ist.
Die Übertragkammer ist damit bis zu erneuter Volllösung nicht mehr aufnahmefähig
und entleert sich langsam über die Düse 65.
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Der entstandene Überdruck in der Vorkammer 59, der bis auf weiteres
erhalten bleibt, hat den Kolben 53 in der Zeichnung nach oben bewegt, so daß die
Feder 55 in Kraftschluß mit dem Kolben 21 gekommen ist. An der Beaufschlagung sowohl
des Kolbens 53 als auch der Kolben 69 und 83 der Überwachungseinrichtungen 61 bzw.
77 ändert sich nun während der weiteren Brems- und Lösestufen nichts, und nachdem
diese Stufen in der üblichen Weise vom Dreidrucksteuerventil i bemessen werden,
erübrigt sich eine Beschreibung dieser bekannten Vorgänge.
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Ist jedoch beim Lösen der Bremse kurz vor der Vollösung der Bremszylinderdruck
auf einen Restwert gefallen, so öffnet das Ventil 81 unter der Wirkung der Feder
79 wieder, und es besteht erneut die Verbindung der Steuerkammer 7 über die Leitung
75 und die Empfindlichkeitsöffnung 85 mit der Hauptluftleitung 5. Dagegen hält der
nach wie vor vorhandene Druck in der Vorkammer 59 das Ventil 67 unter einseitiger
Beaufschlagung, s.o daß es trotz des nur mehr kleinen Überdruckes auf seinem Kolben
69 weiter geschlossen bleibt. Der Überdruck in der Leitung q.5 hält auch den Kraftschluß
der Feder 55 mit dem Kolben 21 aufrecht. Wird nun aus dieser Betriebslage eine schwache
Zwischenbremsung eingeleitet, so würde bei einer durch die Empfindlichkeitsöffnung
85 bestimmten Reaktionsempfindlichkeit des Steuerventils i dessen Kolbensatz gegen
die auf dem Rückführkolben 21 lastende Gesamtkraft aus der Feder 23 und dem Restdruck
im Bremszylinder 27 nicht anspringen, und der Druck in der Steuerkammer 7 würde
sich über die Leitung 75 und das bereits offene Ventil 81 nach der Hauptluftleitung
5 hin absenken. Eine Erschöpfung der Breiasse wäre die Folge. Die Übertragkammer
63 ist nicht aufnahmefähig und kann daher die Reaktionsempfindlichkeit des Steuerventils
nicht erhöhen. Dafür aber befindet sich erfindungsgemäß die Feder 55 in Kraftschluß
mit dem Kolben 21 und unterstützt dabei die Aufwärtstendenz des Kolbensystems gegen
die Feder 23 und den Restdruck des Bremszylinders in einem Maße, daß die Reaktionsempfindlichkeit
des Steuerventils wenigstens annähernd derjenigen entspricht, welche bei Einschuß
der Hauptleitungsluft in die zu Beginn einer Bremsung aufnahmebereite Kammer 63
vorhanden ist. Diese Reaktionsempfindlichkeit reicht nun aus, das Steuerventil auch
in dem zuletzt geschilderten Fall eindeutig bis zum Offnen des Ventils 15, i9 und
Abschluß des Ventils 15, 13
anspringen zu lassen, womit eine erneute
Beaufschlagung des Bremszylinders 27 und ein Abschluß des Ventils 81 eintritt.
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Erst wenn beim vollen Lösen der Bremse der Druck in der Hauptluftleitung
wieder seinen höchsten Regelwert erreicht hat, ist auch der Kolben 3 in seiner unteren
Endlage angekommen, und die Hülse 35 ist durch den Ventilteller 31 unter Öffnen
des Ringventils 37 in ihre Ausgangsstellung zurückgeholt. Damit kann nun auch die
Luft aus der Vorkammer 59 entweichen, und das Ventil 67, das bisher unter einseitiger
Beaufschlagung zurückgehalten wurde, wird nun durch die Feder 71 ebenfalls geöffnet.
Damit entfällt auch der Überdruck auf den Kolben 53, und der Kraftschluß der Feder
55 mit dem Kolben 2i löst sich.
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Die durch die Feder 55 bestimmte Ansprechempfindlichkeit des Steuerventils
ist nun während des Ruhezustandes durch die kleinere vom Querschnitt der Öffnung
85 bestimmte Ansprechempfindlichkeit ersetzt, die die Bremse vor ungewolltem Anspringen
bei Druckschwankungen in der Hauptluftleitung 5 schützt. Nachdem aber die Übertragkammer
63 wieder aufnahmebereit zur Verfügung steht, kommt es bei Beginn einer neuen Bremsung
mit dem Einschuß der Leitungsluft in diese Kammer sofort wieder zu der beschriebenen
Erhöhung der Reaktionsempfindlichkeit, die nach Ausfall der Übertragkammer durch
die erfindungsgemäßen Mittel wieder bis zur erneuten Vollösung erhalten bleibt.
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Die in Fig. 2 gezeigte Bremseinrichtung unterscheidet sich von derjenigen
nach Fig. I dadurch, daß an Stelle der vom Kolben 53 betätigten Zusatzfeder 55 ein
Kolben 9o gleichachsig mit dem Kolben 3 am Steuerventil i vorgesehen ist, der unter
bestimmten Voraussetzungen gegen die Kraft einer Feder 92 einen Kraftschluß seiner
bei 94 abgedichtet gelagerten Kolbenstange 96 mit dem Kolben 3 herbeiführt. Der
Kolben 9o wird über die Leitung 98 mit dem Druck in der Leitung 45 bzw. der Vorkammer
59 beaufschlagt. Die übrigen Teile der in Fig. 2 gezeigten Bremseinrichtung sind
dieselben wie diejenigen gemäß Fig. I.
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Sobald sich mit dem Gefülltsein der Kammern 59 und 63 ein entsprechender
Überdruck in der Leitung 45 einstellt, der den Kolben 9o beaufschlagt, bewegt sich
der letztere gegen die Wirkung der Feder 92 nach oben und stellt einen Kraftschluß
zwischen seiner Kolbenstange 96 und dem Kolben 3 her. Damit ist während des Abschnittes,
in welchem die Übertragkammer 63 nicht aufnahmefähig ist, der Kolben 3 vom Kolben
9o im Sinne des Anspringens des Steuerventils i unterstützt, womit dessen Reaktionsempfindlichkeit
auch für den bereits geschilderten Fall, daß das Ventil 81 kurz vor der Vollösung
bereits wieder geöffnet hat und eine nochmalige Zwischenbremsung verlangt wird,
ausreicht, um diese Zwischenbremsung einwandfrei durchzuführen und einen erneuten
Abschluß des Ventils 81 als Schutz gegen Erschöpfungserscheinungen der Bremse zu
erzielen.
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Erst wenn sich bei eingetretener Vollösung der Bremse die Vorkammer
59 wieder entlüftet, hört auch die Beaufschlagung des Unterstützungskolbens 9o auf,
und die Reaktionsempfindlichkeit des Steuerventils ist während des Ruhezustandes
wieder auf den durch die Öffnung 85 bestimmten Wert zurückgeführt.
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Auch läge es im Rahmen der Erfindung, an Stelle der durch den Kolben
9o ausgeübten Unterstützung andere zusätzliche Impulse zu gegebener Zeit auf den
Kolben 3 wirken zu lassen.