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Vorrichtung zur selbsttätigen Erzielung von gleichförmigen Bremskurven
bei Luftdruckbremsen verschiedener Art Bei Bremseinrichtungen von Eisenbahnzügen,
bei denen bekanntlich die Bremsung meist durch Drucksenkung in einer längs des Zuges
verlegten, sämtlichen Bremsen gemeinsamen Hauptleitung bewirkt wird, soll das Ansetzen
der Bremsen, d. h. die Herbeiführung der Berührung der Bremsklötze mit den Wagenrädern,
durch eine geringe, to 0;ö nicht überschreitende Drucksenkung in der Hauptleitung,
z. B. von 5 Atm. bis auf etwa 4,8 Atm., erfolgen. Bei Verwendung von Einkammerbremsen
läßt sich diese Forderung leicht erfüllen, aber-mit den gebräuchlichen Zweikammerbremsen
ist es unmöglich, ein vollständiges Ansetzen der Bremsklötze bei einer so geringen
Drucksenkung in der Hauptleitung zu erreichen. Um den Kolben einer Zweikammerbremse
um die. für das Ansetzen der Bremsklötze erforderliche Strecke z. B. von 25o mm
zu verschieben, muß der Druck in der mit der Hauptleitung direkt verbundenen Totkammer
der Bremse von z, B. 5 Atm. bis auf 3,5 oder 3 Atm. gesenkt werden. Es wird demnach,
wenn im gleichen Zuge Wagen mit Einkammerbremsen und Wagen mit Zweikammerbremsen
sich befinden, an den ersteren Wagen, z. B. an den Güterwagen, volle Bremswirkung
erreicht sein, ehe die Bremsklötze an den mit Zweikammerbremsen ausgerüsteten Wagen
überhaupt angesetzt sind. Infolgedessen werden im Zuge derart starke Rücke und Stöße
auftreten, daß die Kupplungen zerrissen werden. Der Unterschied in den Bremskurven
dieser beiden Bremssysteme -stellt somit ein wesentliches Hindernis für die gleichzeitige
Verwendung von Ein- und von Zweikammerbremsen in einem und demselben Zuge dar.
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Die Erfindung bezweckt nun, die selbsttätige Erzielung von gleichförmigen
Bremskurven bei Luftdruckbremsen verschiedener Art, insbesondere einer nahezu gleichen
Bremskurve bei einer Zwei:kammerbremse wie bei einer Einkammerbremse, so daß die
Ansetz- und Lösungsbewegung der Zweikammerbremse derart beschleunigt wird, _ daß
sie durch die gleiche geringe Drucksenkung in der Hauptleitung, wie sie bei der
Einkammerbremse zur Erzielung der entsprechenden Bewegung ausreicht, in vollem Umfange
herbeigeführt werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine in
bekannter Weise zwischen der Totkammer der Zweikammerbremse und der Hauptleitung
des Zuges eingeschaltete, auf Differentialwirkung beruhende und für zeitweilige
Verbindung mit der freien Luft bestimmte Ventilvorrichtung benutzt, die derart ausgebildet
ist, daß der durch eine Drucksenkung in der Hauptleitung hervorgerufene Bremsungsverlauf
in zwei Hälften vor sich geht, von denen die erste in einem nicht regelbaren Druckabfall
in
der Totkammer sich auswirkt, so daß der Zweikammerbremskolben in .die Bremsstellung
übergeführt wird, während die zweite Stufe danach in der Totkammer eine durch Differentialwirkung
regelbare Drucksenkung bewirkt, welche in an sich bekannter Weise größer als die
Drucksenkung in der Hauptleitung ist.
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Die an die Zweikammerbremse angeschlossene Ventilvorrichtung kann
durch einen auf der einen Seite dem Druck in der Hauptleitung ausgesetzten Umstellkolben,
auf dessen anderer Seite ein Arbeitsraum von geeignetem Volumen gebildet ist, gesteuert
werden und aus einem m einem Zylinder beweglichen Differentialkolben sowie einem
zur Herstellung einer Verbindung mit der Außenluft bestimmten Schieberventil bestehen,
das einen Kanal für das Überströmen von Luft aus der Hauptleitung zum Raum am kleineren
Teil des Differentialkolbens freilegt und mit einem vom Umstellkolben beeinflußten
Ventil derart zusammenwirkt, daß der Überströmkanal zunächst bei Drucksenkung in
der Hauptleitung geschlossen und unmittelbar darauf mit der freien Luft in Verbindung
gesetzt wird. Der Raum an der ringförmigen Endfläche des größeren Teiles des . Differentialkolbens
ist dabei an die Hauptleitung und der Raum an der größeren Endfläche des Differentialkolbens
an die Totkammer der Zweikammerbremse angeschlossen, und der gegenseitige Anschluß
dieser beiden Räume erfolgt durch Verbindungskanäle, die erst nach einer gewissen,
durch Drucksteigerung in der Hauptleitung hervorgerufenen Verschiebung des Differentialkolbens
zur Wirkung kommen, der seinerseits mit einem Ventil zusammenarbeitet, das die Totkammer
der Bremse bei einer Drucksenkung in der Hauptleitung mit der freien Luft in Verbindung
setzt.
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Bei dieser Anordnung kann der dem Druck in der Hauptleitung ausgesetzte
Umstellkolben in seinen Endstellungen ins an sich bekannter Weise gesperrt sein
oder wenigstens in der Endstellung, in die,er durch eine Drucksteigerung in der
Hauptleitung geführt wird. Ferner können die Verbindungskanäle zwischen den Räumen
auf den beiden Seiten des größeren Teiles des Differentialkolbens in an sich bekannter
Weise aus verschieden langen Speisenuten bestehen, die in den Wänden des Zylinders
ausgespart sind, in dem sich dieser Differentialkolbenteil bewegt. Auch können diese
Kanäle so angeordnet sein, daß sie nacheinander in den verschiedenen Stellungen
des Differentialkolbens freigelegt werden, dabei aber keine. Freigabe eines Kanals
vor dem Schließen des mit dem Differentialkolben zusammenwirkenden Ventils erfolgt.
Dieses Ventil, das zweckmäßig in an sich bekannter Weise mit dem Differentialkolben
zwangsläufig verbunden wird, kann unter der Einwirkung einer Feder stehen, die am
Differentialkolben abgestützt--und mit diesem beweglich ist, so daß das Ventil bei
einer Verschiebung des Differentialkolbens sich ohne Zusammendrücken der Feder öffnen
kann.
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Das Schieberventil kann in Form einer in einem Zylinder verschieblichen
Hülse den Kanal für das Überströmen von. Luft aus der Hauptleitung zum Raum im kleineren
Teil des Differentialkolbens bilden und mit einer oder mehreren Öffnungen versehen
sein, die durch Zusammenwirken mit entsprechenden Öffnungen des die Hülse führenden
Zylinders die Verbindung zwischen dem Überströmkanal und der Außenluft herstellen,
während das eine Ende des Schieberventils als Sitz für ein unter der* Einwirkung
des Umstellkolbens den überströmkanal schließendes Ventil ausgestaltet ist und außerdem
eine Feder derart auf die Hülse .einwirkt, da.ß die Verbindung des überströmkanals
mit der freien Luft vor dem Öffnen des Ventils unterbrochen wird. Der Zylinder für
das hülsenförmige Schieberventil kann sich unmittelbar an den Zylinder für den Umstellkolben
anschließen, und in seiner Verlängerung kann der abgestufte Zylinder des Differentialkolbens
liegen.
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Die Zeichnung zeigt in Abb. i die Vorrichtung nach der Erfindung in
einem Ausführungsbeispiel im Längsschnitt, während Abb.2 eine Einzelheit in abgeänderter
Bauform wiedergibt.
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In dem Zylinder i' ist der Umstellkolben i verschieblich geführt,
und der Raum unterhalb dieses Kolbens ist über einen im Boden 2 des Zylinders i'
vorgesehenen Kanal 3' und die Leitung 3 an. die längs des Zuges verlegte Hauptleitung
4 angeschlossen, während der Zylinderraum oberhalb des Kolbens i durch die Leitung
4' mit dem Hilfsluftbehälter in Verbindung steht. Der Kolben i ist auf der unteren,
dem Druck in der Hauptleitung ausgesetzten Seite mit einer Mutter 5 verbunden, die
eine z. B. aus Leder bestehende Dichtung 6 trägt und durch eine mittlere Öffnung
des Zylinderbolzens 2 frei hindurchgeht. An diese Öffnung schließt sich das Ventilgehäuse
an, das aus einem in dem Zylinderboden eingeschraubten oberen Zylinder 7 für das
Schieberventilg und einem, abgestuften unteren Zylinder 8 für einen Differentialkolben
i o, i i besteht.
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Der Zylinder 7 ist durch eine mittlere öffnung 12 seines Bodens in
ständiger Verbindung mit der oberen Hälfte des Zylinders 8, in der sich der kleine
Teil i o des Differentialkolbens
bewegt. Der Kolben 1o, i i steht
an seiner ringförmigen Fläche durch eine Rohrleitung 13 unter Einwirkung des Druckes
in der Hauptleitung ¢, während der Zylinderraum auf der größeren Endfläche des Kolbens
i o, i i durch eine Rohrleitung 14, die an ein Loch des Zylinderdeckels 15 angeschlossen
ist, mit der Totkammer der Bremse verbunden ist. In der Mitte des Deckels 15 des
Zylinders 8 ist eine Öffnung 16 vorgesehen, die den Sitz für eine mit einer Lederdichtung
versehene Ventilscheibe 17 bildet, die unter dem Einfluß einer sich gegen den Kolben
to-, i i stützenden Feder steht und eine Spindel 18 trägt. Der Kopf 19 der
Spindel 18 kann sich gegen einen am Kolben to, i i vorgesehenen, die Spindel führenden
Schulterteil legen, wodurch die Bewegungsfreiheit des Ventils 17 derart begrenzt
wird, daß es trotz des Vorhandenseins der Schließfeder vom Kolben in die Offenstellung
übergeführt wird, wenn dieser sich in die aus der Zeichnung ersichtliche obere Stellung
eerschoben hat, während eine Kolbenbewegung in entgegengesetzter Richtung; auch
nachdem das Ventil bereits geschlossen ist, möglich ist.
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Im Zylinder 8 sind als Verbindungskanäle zwischen den Räumen auf beiden
Seiten des großen Teiles i i des Differentialkolbens Speisenuten 2o, 21 ausgespart,
die verschieden lang sind, von denen jedoch keine so lang ist, daß das Ventil vor
Herstellung der Verbindung zwischen den beiden Kolbenseiten in die Schließlage gelangt.
Das Schieberventil g besteht aus einer Hülse, die mittels einer Feder 22 nach dem
Ventil 6 hin gedrückt wird und für dieses dien Ventilsitz bildet. Das Schieberventil
9 ist mit einem Bund 23 zur Begrenzung seiner Bewegung versehen und weist eine oder
mehrere Öffnungen 24 auf, die mit entsprechenden Öffnungen 25 im Zylinder 7 zusammenwirken,
wenn das Schieberventil durch den Kolben unter Zusammendrücken der Feder 22 flach
unten verschoben wird. Die Bewegung des Kolbens i nach unten ist derart begrenzt,
daß der Kolben das Schieberventil 9 nicht so weit nach unten verschieben kann, daß
die Verbindung der Öffnungen 24, 25 wieder unterbrochen wird, sondern diese Unterbrechuag
.erfolgt, wenn der Kolben i sich nach oben bewegt und dabei die Feder 22 das Schieberventil
g nach oben drückt. Der Umstellkolben i kann in seiner oberen Endstellung durch
nicht näher dargestellte Verriegelungsmittel gesperrt werden.
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Um zwecks besserer Abdichtung ,eine größere Dichtungsfläche zwischen
dem inneren Raum des hohlen Schieberventils 9 und der freien Luft zu erhalten, kann
bei dem Schieberventil 9 gemäß Abb. 2 das Loch 24 der Abb. i durch eine auf der
Außenseite des Ventils angebrachte Nut :24- ersetzt- sein, die ` mit der Öffnung
25 des Zylinders 7 zusammenwirkt und sich nach dem Bund 23 hin erstreckt. Der Bund
23 ist hier etwas breiter gehalten und mit einer Lederpackung 23a versehen, so daß
sich .ein Ventil bildet, das finit einem am Zylinder 7 vorgesehenen Sitz zusammenarbeitet.
Auf diese Weise erhält man bei Verschiebung des Schieberventils 9 in die die Öffnung
2 5 schließende Lage größere Dichtungsflächen und eine doppelte Abdichtung. Das
Schieberventil 9 arbeitet im übrigen bei der Ausführungsform der Abb.2 in der gleichen
Weise wie bei der Anordnung nach Abb. i.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Bei Drucksenkung in
der Hauptleitung 4 beginnt der Umstellkolben i eine Bewegung nach unten, und nach
Auslösung seiner Sperrung schließt er zunächst das Ventil 6 und drückt darauf das
Schieberventil 9 in die in der Zeichnung dargestellte Stellung nieder, wodurch die
-firn. hohlen Schieberventil eingeschlossene Luft durch die Öffnungen 24, 25 nach
außen ins Freie abgelassen wird. Auf der oberen Fläche des Differentialkolbens i
o, i i wird sich demnach über die Öffnung 12 atmosphärischer Druck einstellen. und
der in der Totkammer der Bremse herrschende und auf die Unterseite des Differentialkolbens
1o, i i wirkende Überdruck schiebt den Kolben i o, i i nach oben in die in der Zeichnung
dargestellte Stellung. Dabei wird das Ventil 17 angehoben und gibt die Öffnung 16
frei, so daß Luft aus der Totkammer der Bremse ins Freie abgeht, bis der Druck in
dieser Kammer entsprechend dem Verhältnis zwischen . den beiden verschieden großen
Stirnflächen des großen Teiles i i des Differentialkolbens vermindert ist, wenn
das Ventil 17 geschlossen wird. Wird der Druck in der Hauptleitung 4 noch weiter
gesenkt, so wird dadurch auch der Druck in der Totkammer in entsprechendem Grade
gesenkt; wird dagegen der Druck in der Hauptleitung erhöht, so wird der Kolben i
o, i i nach unten gedrückt, so daß die Speisenuten 2o bloßgelegt werden, über die
dann Luft von der Hauptleitung 4 in die Totkammer der Bremse strömt, wodurch der
Druck in dieser Kammer im Verhältnis zu den Stirnflächen des großen Teiles i i des
Differentialkolbens erhöht wird.
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Der Bremsungsvorgang vollzieht sich somit in zwei Stufen, bei deren
erster der Unterschied zwischen dem Totkammerdruck und dem Atmosphärendruck, d.
h. ein nicht regelbarer Druckabfall, die Überführung des Zweikammerkolbens in die
Bremsstellung bewirkt, während in der zweiten Stufe in der Totkammer
eine
von der Hauptleitung aus durch Differentialwirkung regelbare Drucksenkung erzeugt
wird, die größer als die Drucksenkung in der Hauptleitung ist und eine Veränderung
der Bremswirkung gestattet. - Zum Lösen der Bremsklötze wird der Druck in der Hauptleitung
q. auf seinen ursprünglichen Wert erhöht, wodurch der Umstellkolben i zu einer Bewegung
nach oben veranlaßt wird. Hierbei folgt dem Kolben anfangs das Schieberventil 9
unter der Einwirkung der Feder 22, bis die Verbindung der Öffnungen 2q., 25 unterbrochen
ist. Nach Öffnung des Ventils 6 kann Luft aus der Hauptleitung q.- über den Kanal
3' in das hülsenförmige Schieberventil 9 strömen, wodurch der Druck der Hauptleitung
auf die Stirnfläche des kleinen Teiles io des Differentialkolbens zur Wirkung kommt,
so daß der Kolben i o, ii nach unten verschoben wird und Luft aus der Haupt-Leitung
q. durch die Speisenuten 20, 2 i in die Totkammer der Bremse strömen läßt, bis in
dieser derselbe Druck wie in der Hauptleitung herrscht.
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Die Speisenuten 20, 21 sollen zwei verschiedene Zwecke erfüllen und
bei Betriebsbremsung bzw. bei Aufladung des Bremssystems auf verschiedene Weise
-wirken. Bei Betriebsbremsung, d. h. bei geringer Drucksenkung, befindet sich der
Differentialkolben io, i i am oberen Ende der längeren Speisenut 20 und bewegt sich
an dieser Stelle während des Bremsvorganges mit kleinen Hüben hin und, zurück. Die
Verbindungsöffnung zwischen den beiden Seiten des großen Teiles z i des Differentialkolbens,
d. h. zwischen der Totkammer und der Hauptleitung, darf hierbei nicht zu groß sein,
da bei Vorhandensein vieler Bremswagen in ein und demselben Zug die Bremsung gleichzeitig
und nahezu gleichförmig in allen Wagen geschehen muß und die Erzielung eines Gleichgewichts
in dieser Hinsicht immer eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt. Aus diesem Grunde
wird bei Betriebsbremsungen nur die längere Speisenut 20 geöffnet und die Verbindungsöffnung
zwischen den beiden Kolbenseiten klein gehalten, damit die Ausgleichung etwas langsamer
vor sich geht, so daß die erforderliche Zeit verfließt, damit alle Wagen gleichzeitig
bremsen können. Anderseits soll der Verlauf der Aufladung des Bremssystems vorteilhafterweise
so rasch wie möglich geschehen, weshalb hier die Speisenuten auf seine andere Weise
wirken müssen. Durch den größeren Druckunterschied, welcher bei der Aufladung auftritt,
geht der Kolben io, ii sogleich nach unten, so daß nicht bloß die längeren Speisenuten
2o, sondern auch die kürzeren Nuten 2 1 geöffnet werden. Hierdurch wird die Verbindungsöffnung.-zwischen
den beiden Kolbenselten und damit zwischen Totkammer und Hauptleitung groß, und
die Aufladung erfolgt rasch.
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Bei den gebräuchlichen Zweikammerbremsen. kann in dem Raum des Zylinders
i' oberhalb des Kolbens i der Druck der Arbeitskammer herrschen, oder dieser Raum
kann auch als geschlossene Luftglocke von geeignetem Volumen ausgeführt werden und
mittels Speisenuten in an sich bekannter Weise mit dem Raum unterhalb des Kolbens
i in Verbindung stellen, wobei der Raum oberhalb des Kolbens die Aufgabe hat, als
Arbeitskammer für den gesperrten Kolben zu dienen. Die Sperrung hat den Zweck, dem
Kolben eine solche Bewegung namentlich nach unten zu geben, daß sie ein möglichst
plötzliches Niederdrücken des Schieberventils 9, d. h. eine möglichst schnelle Einstellung
der Vorrichtung auf die Differentialwirkung, zur Folge hat. Infolge der Sperrung
wird auch die Bewegung des Kolbens i an allen Bremswagen im ganzen Zuge gleichzeitig
erfolgen, und die Vorrichtung bleibt unabhängig von Luftwellen oder Luftstößen in
der Hauptleitung. Um im Bedarfsfalle die ganze Ventilanordnung der Abb. i ausschalten
zu können, kann ein Hahn vorgesehen sein, der eine unmittelbare Verbindung zwischen
der Hauptleitung ¢ und der Totkammer der Bremse herzustellen gestattet.
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Wie die Zeichnung erkennen läßt, kann die Vorrichtung nach der Erfindung
kleine Abmessungen erhalten, da der Umstellkolben i nur ein sehr geringes Hubvolumen
hat. Wenn es sich jedoch darum handelt, .die Vorrichtung einem zu einem anderen
Bremssystem gehörigen Ventil anzupassen, bei dem der Kolben ein ,großes Hubvolumen
hat, das durch den ganzen Zug addiert wird und nachteilige Drucksteigerungen bei
der öffnungsbewegung verursacht, empfiehlt es sich, die Vorrichtung etwas größer
auszuführen, so daß der Durchmesser des Schieberventils 9 gleich oder etwas größer
als der Durchmesser des Kolbens i wird, um diese beim. Bremsen sich addierenden
Drucksteigerungen aufzuheben. Die Erfindung kann. natürlich auch sonst im einzelnen
in einer vom Beispiel der i Zeichnung, abweichenden Weise ausgeführt werden. Insbesondere
können die Mittel zur überführung der Bewegung des Umstellkolbens i auf das Schieberventil
9, die Bauform dieses Ventils und die Mittel zur Bewe- j gungsüberführung
zwischen dem Differentialkolben io, i i und der Ventilscheibe 17 verschieden
gewählt werden.