WO2012038279A2 - Steuerventil für selbsttätige druckluftbremsen - Google Patents

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Vladimir Krylov
Timm Simon
Martin Heller
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Definitions

  • control valves have other functions related to the filling, the completion and the venting of volumes with stored compressed air, with the setting of certain static characteristics of the brake cylinder pressure and with the acceleration of the transmission of signals coded as pressure level in the main air line.
  • LK From the textbook Ashechenko, VR: Avtomaticheskie Tormosa podvishnogo Sostawa sheleznogo Transporta (russ.), Moscow 2002, page 71 ff shows the general principle of a control valve.
  • the control valve is usually mounted on a valve carrier and the necessary compressed air connections are made with the respective connections on the valve carrier.
  • Within the carrier are chambers for the control pressure S (valve chamber pressure) and the reference pressure A.
  • the control valve consists here of a main part and a line part.
  • the generation of the brake cylinder pressure is incumbent on the main part, while the line part generates a control pressure S.
  • Both pressures A and S are used to control the main part, wherein the pressure A when applying the brake, the reference to the control operating pressure, ie the original pressure in the main air line in driving position, the pressure S the time corrected reference to the current pressure in the
  • Cross holes throttled to slow down the rate of increase in brake cylinder pressure The aim is to allow the brake cylinder pressure to increase only so fast that dangerous longitudinal forces are avoided in the train.
  • the invention includes the technical teaching that the flow cross section for filling the brake cylinder from a storage air reservoir via the double seat valve is greater than a required to achieve the shortest normative braking time with the greatest possible amount of air in the at least one brake cylinder cross section.
  • the advantage of the solution according to the invention is, in particular, that a uniform action of the control valve is achieved regardless of size and maximum pressure of the brake cylinder by this simple technical measure.
  • Measure focuses on a targeted dimensioning of the connection cross-section up to the inlet valve seat of the double-seat valve.
  • An analogous advantage can be achieved for the emptying of the brake cylinder when releasing the brake, although the
  • Cross section of the connection between the brake cylinder and the outflow to ambient 0 via the double seat valve is at least as large as a required to achieve the shortest normative venting time with the largest possible amount of air in the volume of the brake cylinder or the brake cylinder cross-section.
  • a double-seat valve is understood to mean the structural combination of two valves which open alternately or are both closed.
  • the valve seats can concentric at the same height, but also graduated or opposite to a
  • Closing element are located, which controls the inlet and outlet of compressed air into and out of the brake cylinder in cooperation of a common or two seals with the valve seats.
  • Double seat valve has a hollow cylinder-like closure element whose
  • control piston side end face with a larger diameter intake valve seat and cooperates with a smaller diameter exhaust valve arranged coaxially therewith.
  • discharged from the exhaust valve seat exhaust air passes through the hollow cylinder-like
  • Closing element of the double-seat valve so that only the integrated, a closing pressure for the closure element applying compression spring comes into effect.
  • inlet valve seat and the outlet valve seat are conical in cross section.
  • the conical cross-sectional configuration generates precise contact lines on the control piston-side end face of the
  • Closure element By such contact lines, only a very small difference in diameter is achieved, without a throttling occurs when opening the valve by a too small annular gap between the valve seats. This design supports the relief of the valve from compressive forces.
  • the invention with regard to a pressure-relieved valve assembly improving measure is proposed that axially spaced from the above-mentioned bottom-side sealing ring on the C-piston, a further sealing ring is provided, which comes to bear radially on the closure element, specifically on a
  • Diameter corresponding to the effective diameter of the exhaust valve seat at least approximately. Since the exhaust valve seat with respect to this surrounding coaxially
  • Inlet valve seat has a smaller diameter
  • the closure element is provided in the region of this additional seal with a paragraph.
  • this further Pressure relief is the space formed between this further sealing ring and the bottom-side sealing ring on the C-piston with the connection to the brake cylinder in combination, so that here is present brake cylinder pressure. This measure results in an advantageous double-pressure relieved valve, which can be controlled precisely control technology.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a pneumatic control valve as an actuator for a regulated compressed air supply of a brake cylinder according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section through a pneumatic control valve according to another embodiment
  • FIG.1 A schematic longitudinal section through the valve for the completion of the KZE as a detail from Fig.1.
  • a control valve consists of a main part 1, a support 2 and a conduit part 3. It is mounted on a rail vehicle, not shown here.
  • a brake cylinder 4 On the carrier 2 connections to a brake cylinder 4, a supply air tank 5 and a main air line 6 are connected.
  • the carrier 2 contains a volume for a control pressure S and a reference pressure A. The volumes can also be represented by supply air containers 5 connected to the carrier 2.
  • Next contains the carrier 2 compounds for the pressure R from the
  • the conduit part 3 serves to derive the control pressure S and the reference pressure A, which are forwarded to the main part 1, by means not shown in more detail from the pressure of the main air line 6. Furthermore, the line part 3 controls at the beginning of a braking connection from the main air line 6 to the additional channel
  • the main part 1 includes in a housing 9 a control piston 7, a balance piston 8, a double seat valve 10, a valve 11 for the completion of the channel KZE and a
  • Adjustment device 12 for adjusting the load position of the control valve and other elements such as compression springs, sieves (filters) and seals.
  • the double-seat valve 10 consists of an outlet valve 101, a valve body 102, an inlet valve 103 and a compression spring 104.
  • the control piston 7 is loaded by the opposite pressures A and S, on the side of the S-pressure acts a compression spring 13.
  • the control piston. 7 has a seal 14 which separates both pressures. The sealing effect can be produced by a sealing ring, as well as by a membrane. If the seal 14 is a sealing ring, this can located in the housing 9 and slide on the control piston 7 and seal. In the vicinity of the seal 14 is a nozzle 15, which acts as a bypass near the initial position of the control piston 7 is a compound of the pressures A and S.
  • the position of the control piston 7 is referred to, in which this is at equality of the pressures A and S under the action of the compression spring 13 at its stop on the side of the pressure A; this corresponds to the driving position when the brake is released.
  • the control piston 7 further has a piston rod 16 which has between two seals 17 and 18, a supply of the pressure R into the interior of the piston rod 16.
  • a double seat valve 10 At the end of the piston rod 16 is a double seat valve 10, which is the pressure from the
  • the balance piston 8 is loaded by the brake pressure C from the brake cylinder 4; opposite him is the environment pressure 0. On the side of the ambient pressure 0 is one or more compression springs 19, 20. At least one of the compression springs can be adjusted by switching means 12 in the direction of the balance piston 8.
  • valve 11 shown in detail in Fig. 3 has for the completion of the channel KZE to the filled with the brake cylinder pressure C spaces a valve body 111, a
  • Compression spring 112 and a valve seat 113 The valve body 111 and the rod 114 have geometries which close to an upper end position of the piston rod 16 with the stop 115 engage the latter and open the valve 11 against the compression spring 112, so that a connection from the channel the additional vent KZE is created to a space which is in communication with the brake cylinder 4 and thus contains the brake cylinder pressure C.
  • the operation of the arrangement when braking the rail vehicle is the following: For braking, the pressure in the main air line 6 is lowered by the engine driver or other means, starting from a normal operating pressure. This reduction is transmitted through the line part 3 to the control pressure S, the reference pressure A initially remains unchanged. If the pressure reduction is sufficiently fast and strong to overcome the effect of pressure equalization via the nozzle 15 and the initial force of the compression spring 13, there will be a movement of the control piston 7 in the direction of the balance piston 8. This movement is just so great that a balance of pressure and spring forces on the control piston 7 is restored. By approaching the piston, there is a contact of the outlet valve 101 with the valve body 102 of the double seat valve 10. In a further movement in this direction, the valve body 102 lifts from the inlet valve 103, so that compressed air from the storage air tank 5 via the hollow piston rod sixteenth of the control piston 7 can flow to the brake cylinder.
  • Another function of the line part 3 is to open at the beginning of a braking connection from the main air line 6 to the channel of the additional vent KZE. As a result, compressed air flows from the main air line 6 also to the brake cylinder 4, as long as the exhaust valve 102 is still open, at the same time in the environment 0th
  • a predetermined initial brake pressure C has set.
  • This function serves to accelerate the propagation of the pressure reduction in the main air line 6 on the train length and ensures a fast and properly metered first application of the brake.
  • the build-up brake pressure C exerts a force on the balance piston 8, which moves until it reaches an equilibrium of forces with the force of the compression springs 19, 20.
  • each brake stage controlled by the value of the depression of the pressure L, corresponds to a certain travel of the control piston.
  • the adjusting device 12 for adjusting the load position of the control valve consist of a switching shaft 121 which carries an adjusting cam 122.
  • the shift shaft 121 can be rotated from one side of the control valve by a railroad employee to adjust the control valve to the current load of the carriage.
  • the adjusting cam 122 is approached or removed from a stop for the compression spring 19. This has the consequence that with the same way the balance piston 8 by the compression spring 19, a greater or lesser force is exerted.
  • the compression spring 19 in the remote position "empty" have a distance to the balance piston 8, which prevents the emergence of a spring force on the whole possible stroke.
  • the brake pressure C due to the balance of forces on the balance piston 8 corresponds to the piston surface of the force of the springs 19, 20.
  • a high spring force to achieve a high brake pressure C for a loaded vehicle can be set for an empty or partially loaded vehicle is going through
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment. The operation of this embodiment corresponds to that already described.
  • a valve is shown, which is held by the control piston 7 'in an open position, as long as this in or near the initial position is located.
  • the seals 17 'and 18' for supplying the pressure R from the supply air tank 5 'to the intake valve seat 103' are here on the balance piston 8 ', as well as the double seat valve 10'.
  • control valve according to the invention can be combined with other variations not shown here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für selbsttätige Druckluftbremsen zur Bildung eines Bremszylinderdruckes (C) in mindestens einem angeschlossenen Bremszylinder (4) nach Maßgabe einer Druckdifferenz zwischen einem Druck (L) in einer angeschlossenen Hauptluftleitung (2) eines Zuges und einem gespeicherten Referenzdruck (A), bestehend aus einem Hauptteil (1), einem Leitungsteil (2) und einem Träger (3), wobei das Hauptteil (1) folgende Teile enthält: einen Steuerkolben (7), der einerseits von dem Referenzdruck (A), andererseits von einem Steuerdruck (S) und mindestens einer Druckfeder (13) belastet ist, und einen Ausgleichskolben (8), der vom Druck (C) des Bremszylinders (4) entgegen mindestens einer Druckfeder (20) belastet ist, und einem Doppelsitzventil (10), bei dem durch Annäherung des Steuerkolbens (7) über eine Kolbenstange (16) ein Einlassventil (103) und durch Entfernung desselben ein Auslassventil (101) öffnet, wobei das Einlassventil (103) in einem Luftweg von einem Vorratsluftbehälter (5) in Richtung des Bremszylinders (4) liegt, und das Auslassventil (101) in einem Luftweg vom Bremszylinder (4) zur Umgebung (0) liegt, wobei der Querschnitt des Luftweges vom Vorratsluftbehälter (5) über das geöffnete Einlassventil (103) mindestens gleich groß wie ein zur Erreichung der kürzesten normativen Bremszeit bei größtmöglichem Druck und Volumen im mindestens einem Bremszylinder erforderlicher Querschnitt ist.

Description

Steuerventil für selbsttätige Druckluftbremsen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerventil für selbsttätige Druckluftbremsen zur Bildung eines Bremszylinderdruckes nach Maßgabe einer Druckdifferenz zwischen einem Druck in der durchgehenden Hauptluftleitung eines Zuges und einem gespeicherten
Referenzdruck, der vom Druck in der Hauptluftleitung abgeleitet ist.
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung ist der Schienenfahrzeugbau.
Schienenfahrzeuge haben meist eine selbsttätige (automatische) Druckluftbremse, bei der die Absenkung des Druckes in einer Hauptluftleitung, ausgehend von einem Regelbetriebsdruck, die Ausbildung eines Bremszylinderdruckes hervorruft. Die Übertragungsfunktion vom sinkenden Druck in der Hauptluftleitung zum steigenden Bremszylinderdruck und umgekehrt wird von Steuerventilen ausgeführt.
Daneben haben diese Steuerventile weitere Funktionen, die mit der Füllung, dem Abschluss und der Entlüftung von Volumen mit gespeicherter Druckluft, mit der Einstellung bestimmter statischer Kennlinien des Bremszylinderdruckes und mit der Beschleunigung der Übertragung von als Druckhöhe kodierten Signalen in der Hauptluftleitung zusammenhängen.
Schließlich kommen Funktionen hinzu, die auch bei schneller und starker Änderung des Druckes in der Hauptluftleitung eine nur allmähliche Änderung des Druckes in den
Bremszylindern sichern, um den auftretenden Ruck an den Fahrzeugen und die Längskräfte innerhalb des Zuges zu begrenzen.
LK: Aus dem Fachbuch Asadtschenko, V.R. : Avtomatitscheskije Tormosa podvishnogo Sostawa sheleznogo Transporta (russ.), Moskau 2002, Seite 71 ff geht das allgemeine Prinzip eines Steuerventils hervor. Das Steuerventil ist gewöhnlich an einem Ventilträger angebracht und die notwendigen Druckluftverbindungen werden mit den betreffenden Anschlüssen am Ventilträger hergestellt. Innerhalb des Trägers befinden sich Kammern für den Steuerdruck S (Schieberkammer-Druck) und den Referenzdruck A. Das Steuerventil besteht hier aus einem Hauptteil und einem Leitungsteil. Die Erzeugung des Bremszylinderdruckes obliegt dem Hauptteil, während das Leitungsteil einen Steuerdruck S erzeugt. Beide Drücke A und S dienen zur Steuerung des Hauptteils, wobei der Druck A beim Anlegen der Bremse die Referenz zum Regelbetriebsdruck, also des ursprünglichen Druckes in der Hauptluftleitung in Fahrtstellung, der Druck S die zeitkorrigierte Referenz zum aktuellen Druck in der
Hauptluftleitung während der Bremsung herstellt.
Wesentliche Bestandteile des Hauptteils sind der Steuerkolben, die auf diesen wirkende Druckfeder, ein integriertes Doppelsitzventil zum Be- oder Entlüften des angeschlossenen Bremszylinders sowie ein Ausgleichskolben, der vom Bremszylinderdruck gegen die Kraft zweier einstellbarer Druckfedern bewegt wird.
Beim Bremsen wird der Druck in der Hauptluftleitung L abgesenkt. Dementsprechend sinkt auch der am Steuerkolben anstehende Steuerdruck S, während der gegenüberliegende Referenzdruck A im Wesentlichen unverändert bleibt. Die resultierende Bewegung des Steuerkolbens gegen die Druckfeder führt zu einem Öffnen des Einlassventils. Dabei strömt Druckluft aus einem Reservoir über Querbohrungen der hohl gebohrten Kolbenstange des Steuerkolbens zum Einlassventil und über dieses zum Bremszylinder. Der sich einstellende Bremszylinderdruck C wird dadurch bestimmt, dass der Ausgleichskolben unter der Wirkung des entstehenden Bremszylinderdruckes C in gleicher Richtung ausweicht, bis das Einlassventil wieder schließt. Wann das erfolgt, hängt von den Druckfedern am Ausgleichskolben ab. Diese können verschieden eingestellt werden, um das Steuerventil an leere, mittlere und beladene Fahrzeuge anzupassen.
Bei einem bestimmten Hub des Steuerkolbens wird der wirksame Querschnitt der
Querbohrungen gedrosselt, um die Geschwindigkeit des Anstieges des Bremszylinderdruckes zu verlangsamen. Ziel ist es, den Bremszylinderdruck nur so schnell ansteigen zu lassen, dass gefährliche Längskräfte im Zug vermieden werden.
Die vorliegende Lösung hat den Nachteil, dass die Drosselung nur dann optimal ist, wenn ein bestimmter Höchstdruck und ein bestimmtes Bremszylindervolumen vorliegen. Wird z.B. das Fülldiagramm für ein beladenes Fahrzeug mit einem Höchstdruck von 4,2 bar und einem Bremszylinder von 14 Zoll Durchmesser und 100mm Hub optimiert, dann ist die
Drosselwirkung der Querbohrungen bei einem Höchstdruck von 3,2 bar zu gering, bei einer Verwendung eines Steuerventils für die doppelte Anzahl von Bremszylinder wäre sie zu groß.
Die Unabhängigkeit der Bremszylinderfüllzeit bei einer Schnellbremsung vom Volumen der Bremszylinder und vom Bremszylinderhöchstdruck wird auch als Einheitswirkung
bezeichnet. Steuerventile ohne Einheitswirkung haben den Nachteil, dass sie weniger universell verwendbar sind.
Weiter ergibt sich der Nachteil, dass bei einem bestimmten Hub der Kolbenstange Bohrungen der Zuströmung des Druckes aus dem Reservoir verschlossen werden müssen, wozu
Dichtungen über relativ große bzw. zahlreiche Querbohrungen verschoben werden. Hierbei tritt ein erhöhter Verschleiß der Dichtung ein, und es entsteht ein zusätzlicher Herstellungsaufwand, um einen für die Dichtungen verträglichen Kantenzustand der Bohrungen zu erreichen.
Aus der SU 988617 geht eine Abwandlung eines solchen Steuerventils hervor. Die
Besonderheit besteht hier insbesondere darin, dass ein zusätzlicher Steuerkolben zur
Anwendung kommt, der mit einem Spiel zum bekannten Steuerkolben und einer zusätzlichen Druckfeder zusammenarbeitet. Ziel dieser Anordnung ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit der Bewegung der Kolbenstange. Diese hat außer den bereits genannten auch die Funktion, nach Bremsbeginn einen Kanal der Zusätzlichen Entlüftung der Hauptluftleitung zu verschließen, wobei eine bestimmte Genauigkeit bezüglich der Differenz der Referenzdrücke im Moment des Schließens erwünscht ist. Weiter ist ersichtlich, dass die Drosselung der Strömung des Druckes aus dem Reservoir hier durch eine koaxiale Bohrung in der
Kolbenstange erfolgt.Die bereits genannten Nachteile werden durch diese Abwandlung nicht beseitigt, wobei dies auch nicht das Ziel der Abwandlung ist.
Eine weitere Abwandlung ist in der RU 2180628 dargestellt. Sie betrifft die Funktion des Schließens des Kanals der Zusätzlichen Entlüftung der Hauptluftleitung, für die nun eine eigene Baugruppe geschaffen wurde. Bezüglich der Drosselung werden wiederum
Querbohrungen verwendet, die von Dichtungen überschliffen werden. Die genannten Nachteile werden von dieser Lösung ebenfalls nicht berührt.
Der Nachteil der Abhängigkeit der Bremszylinderfüllzeit vom Verhältnis einer Drossel zum Bremszylindervolumen und einem bestimmte Maximaldruck kann prinzipiell beseitigt werden, wenn das Steuerventil mit einem Relaisventil kombiniert wird. Dabei wirkt die Drossel auf ein unveränderliches Vorsteuervolumen beim Relaisventil, welches die
Druckänderung in diesem auf den oder die Bremszylinder überträgt, unabhängig von dessen Volumen, solange es innerhalb bestimmter Grenzen liegt. Dies ist z.B. in der Druckschrift I- EC00.25 der Anmelderin beschrieben. Hierbei entsteht wiederum der Nachteil, dass ein zusätzliches Relaisventil erforderlich ist, wodurch ein entsprechender baulicher Aufwand entsteht. Aus der Patentschrift DD 239 166 ist bekannt, die Einheitswirkung an einem Dreidruck- Steuerventil ohne Relaisventil zu erzielen, in dem der mit der Hauptluftleitung verbundenen Kammer des Dreidruck-Steuerventils die für die Bremszylinderfüll- und -entleerungszeit maßgeblichen Düsen vorgeschaltet werden. Diese Lösung hat den Nachteil, dass die Luft aus der Steuerkammer in die Hauptluftleitung strömen könnte, wodurch eine schädliche
Verlangsamung der Signalübertragung in der Hauptluftleitung verursacht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil zu schaffen, bei dem die Füllzeit des oder der Bremszylinder innerhalb bestimmter Grenzen unabhängig von Volumen und Höchstdruck des Bremszylinders sind und die Notwendigkeit eines zusätzlichen Relaisventils vermieden wird.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem pneumatischen Steuerventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Strömungsquerschnitt zum Füllen des Bremszylinders aus einem dem Vorratsluftbehälter über das Doppelsitzventil größer ist als ein zur Erreichung der kürzesten normativen Bremszeit bei größtmöglicher Luftmenge in dem mindestens einen Bremszylinder erforderlicher Querschnitt. Zur Erzielung einer
Einheitswirkung ist dieser Querschnitt so groß ausgeführt, dass die Druckluft vom Anschluss des Vorratsluftbehälters nicht wesentlich gedrosselt zum Doppel sitzventil gelangt, wodurch der zeitliche Verlauf des Bremszylinderdruckes C vom zeitlichen Verlauf der Differenz zwischen Referenzdruck A und Steuerdruck S nur unwesentlich abweicht. Dies gilt im Rahmen technisch üblicher Bremszylindergrößen und -füllzeiten.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass durch diese einfache technische Maßnahme eine Einheitswirkung des Steuerventils unabhängig von Größe und Höchstdruckes des Bremszylinders erreicht wird. Die erfindungsgemäße
Maßnahme konzentriert sich auf eine gezielte Dimensionierung des Verbindungsquerschnitts bis hin zum Einlassventilsitz des Doppelsitzventils. Ein analoger Vorteil lässt sich auch für die Entleerung des Bremszylinders beim Lösen der Bremse erzielen, wenn auch der
Querschnitt der Verbindung zwischen Bremszylinder und der Ausströmung zu Umgebung 0 über das Doppelsitzventil mindestens gleich groß wie ein zur Erreichung der kürzesten normativen Entlüftungszeit bei größtmöglicher Luftmenge im Volumen des Bremszylinders bzw. der Bremszylinder erforderlicher Querschnitt ist. Prinzipiell ist unter einem Doppelsitzventil die bauliche Kombination zweier Ventile zu verstehen, die wechselweise öffnen oder beide geschlossen sind. Die Ventilsitze können dabei konzentrisch auf gleicher Höhe, aber auch abgestuft oder gegenüberliegend zu einem
Verschlusselement liegen, welches im Zusammenwirken einer gemeinsamen oder zweier Dichtungen mit den Ventilsitzen den Einlass und Auslass von Druckluft in den bzw. aus dem Bremszylinder steuert.
Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass das
Doppel sitzventil ein hohlzylinderartiges Verschlusselement aufweist, dessen
steuerkolbenseitige Stirnfläche mit einem Einlassventilsitz größeren Durchmessers sowie einem koaxial hierzu angeordneten Auslassventils kleineren Durchmessers zusammenwirkt. Dabei gelangt vom Auslassventilsitz abgeführte Abluft durch das hohlzylinderartige
Verschlusselement hindurch an die Umgebung 0. Hierdurch lässt sich in vorteilhafter Weise die Luft auf kurzem Wege abführen, so dass nur recht kurze ventilinterne Kanäle erforderlich sind.
Gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der wirksame Durchmesser der Einlassventilsitzes dem Innendurchmesser eines das
Verschlusselement des Doppel sitzventils außenradial im Bereich einer bodenseitigen
Stirnfläche umschließenden Dichtrings entspricht. Mit dieser Maßnahme wird eine druckentlastete Ventilanordnung erzeugt. Bei der so druckentlasteten Ventilanordnung gibt es keine wirksame Belastungsfläche des Drucks aus dem Vorratsdruckbereich auf das
Verschlusselement des Doppelsitzventils, so dass lediglich die integrierte, einen Schließdruck für das Verschlusselement aufbringende Druckfeder zur Wirkung kommt.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Einlassventilsitz sowie der Auslassventilsitz im Querschnitt konisch ausgebildet sind. Die konische Querschnittsgestaltung erzeugt kreisgenaue Berührungslinien an der steuerkolbenseitigen Stirnfläche des
Verschlusselements. Durch solche Berührungslinien wird eine nur sehr geringe Differenz im Durchmesser erzielt, ohne dass bei Öffnung des Ventils eine Drosselung durch einen zu geringen Ringspalt zwischen den Ventilsitzen eintritt. Diese Gestaltung unterstützt die Entlastung des Ventils von Druckkräften.
Gemäß einer weiteren, die Erfindung im Hinblick auf eine druckentlastete Ventilanordnung verbessernde Maßnahme wird vorgeschlagen, dass axial beabstandet zum vorstehend erwähnten bodenseitigen Dichtring am C-Kolben ein weiterer Dichtring vorgesehen ist, der außenradial am Verschlusselement zur Anlage kommt, und zwar speziell an einem
Durchmesser der dem wirksamen Durchmesser des Auslassventilsitzes zumindest in etwa entspricht. Da der Auslassventilsitz gegenüber dem diesen koaxial umgebenden
Einlassventilsitz einen geringeren Durchmesser besitzt, ist das Verschlusselement im Bereich dieser zusätzlichen Dichtung mit einem Absatz versehen. Zur Realisierung dieser weiteren Druckentlastung ist der zwischen diesem weiteren Dichtring und dem bodenseitigen Dichtring am C-Kolben ausgebildete Raum mit dem Anschluss zum Bremszylinder in Verbindung zu bringen, so dass hierin Bremszylinderdruck ansteht. Mit dieser Maßnahme ergibt sich ein vorteilhaft doppelt druckentlastetes Ventil, welches sich regelungstechnisch präzise beherrschen lässt.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Fig.1 einen schematischen Längsschnitt durch ein pneumatisches Steuerventil als Stellglied für eine geregelte Druckluftbeaufschlagung eines Bremszylinders nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig.2 einen schematischen Längsschnitt durch ein pneumatisches Steuerventil nach einem anderen Ausführungsbeispiel, und
Fig.3 einen schematischen Längsschnitt durch das Ventil für den Abschluss des KZE als Detail aus Fig.1.
Gemäß Fig. 1 besteht ein Steuerventil aus einem Hauptteil 1, einem Träger 2 und einem Leitungsteil 3. Es ist an einem hier nicht dargestellten Schienenfahrzeug montiert. Am Träger 2 sind Verbindungen zu einem Bremszylinder 4, einem Vorratsluftbehälter 5 und einer Hauptluftleitung 6 angeschlossen. Der Träger 2 enthält ein Volumen für einen Steuerdruck S und einen Referenzdruck A. Die Volumen können auch durch an den Träger 2 angeschlossene Vorratsluftbehälter 5 dargestellt werden. Weiter enthält der Träger 2 Verbindungen für den Druck R aus dem
Vorratsluftbehälter 5 und einen Kanal der zusätzlichen Entlüftung KZE zur Leitung von Druckluft zwischen Haupt- und Leitungsteil 1 ; 3.
An einer beliebigen Stelle des Steuerventils befinden sich ein nicht dargestelltes
Rückschlagventil zur Füllung des Vorratsluftbehälters 5 aus der Hauptluftleitung 6, sowie ein Ventil zur manuellen Entlüftung des Referenzdruckes A.
Das Leitungsteil 3 dient dazu, mit nicht näher dargestellten Mitteln aus dem Druck der Hauptluftleitung 6 den Steuerdruck S und den Referenzdruck A abzuleiten, welche an das Hauptteil 1 weitergeleitet werden. Weiterhin steuert das Leitungsteil 3 bei Beginn einer Bremsung eine Verbindung von der Hauptluftleitung 6 zum Kanal der Zusätzlichen
Entlüftung KZE.
Das Hauptteil 1 beihaltet in einem Gehäuse 9 einen Steuerkolben 7, einen Ausgleichskolben 8, ein Doppel sitzventil 10, ein Ventil 11 für den Abschluss des Kanals KZE und eine
Versteileinrichtung 12 für die Einstellung der Laststellung des Steuerventils sowie weitere Elemente wie Druckfedern, Siebe (Filter) und Dichtungen.
Das Doppel sitzventil 10 besteht aus einen Auslassventil 101, einem Ventilkörper 102, einem Einlassventil 103 und einer Druckfeder 104. Der Steuerkolben 7 ist durch die gegenüberliegenden Drücke A und S belastet, auf der Seite des S-Druckes wirkt eine Druckfeder 13. Der Steuerkolben 7 weist eine Dichtung 14 auf, welche beide Drücke trennt. Die Dichtwirkung kann durch einen Dichtring, ebenso aber auch durch eine Membrane hergestellt werden. Ist die Dichtung 14 ein Dichtring, kann sich dieser im Gehäuse 9 befinden und auf dem Steuerkolben 7 gleiten und dichten. In der Nähe der Dichtung 14 befindet sich eine Düse 15, welche als Bypass wirkend nahe der Ausgangslage des Steuerkolbens 7 eine Verbindung der Drücke A und S darstellt. Als Ausgangslage wird die Position des Steuerkolbens 7 bezeichnet, in der dieser sich bei Gleichheit der Drücke A und S unter der Wirkung der Druckfeder 13 an seinem Anschlag auf der Seite des Druckes A befindet; dies entspricht der Fahrtstellung bei gelöster Bremse.
Der Steuerkolben 7 besitzt weiter eine Kolbenstange 16, die zwischen zwei Dichtungen 17 und 18 eine Zuführung des Druckes R ins Innere der Kolbenstange 16 aufweist. Am Ende der Kolbenstange 16 befindet sich ein Doppel sitzventil 10, welches den Druck aus dem
Vorratsluftbehälter 5 in den Bremszylinder 4 - Bremsdruck C - einlässt oder aus diesem in die Umgebung 0 auslässt.
Der Ausgleichskolben 8 wird durch den Bremsdruck C aus dem Bremszylinder 4 belastet; ihm gegenüber steht der Umgebung sdruck 0. Auf der Seite des Umgebungsdruckes 0 befindet sich eine oder mehrere Druckfedern 19, 20. Mindestens eine der Druckfedern kann durch Umstellmittel 12 in Richtung des Ausgleichskolbens 8 verstellt werden.
Das detailliert in Fig. 3 dargestellte Ventil 11 besitzt für den Abschluss des Kanals KZE zu den mit dem Bremszylinderdruck C gefüllten Räumen einen Ventilkörper 111, eine
Druckfeder 112 und einen Ventilsitz 113. Der Ventilkörper 111 und die Stange 114 besitzen Geometrien, welche nahe einer oberen Endstellung der Kolbenstange 16 mit dem Anschlag 115 an letzterer in Eingriff kommen und das Ventil 11 gegen die Druckfeder 112 öffnen, so dass eine Verbindung vom Kanal der zusätzlichen Entlüftung KZE zu einem Raum entsteht, welcher mit dem Bremszylinder 4 in Verbindung steht und somit den Bremszylinderdruck C enthält.
Die Wirkungsweise der Anordnung beim Bremsen des Schienenfahrzeuges ist folgende: Zum Bremsen wird durch den Lokführer oder andere Mittel der Druck in der Hauptluftleitung 6, ausgehend von einem Regelbetriebsdruck, abgesenkt. Diese Absenkung wird durch das Leitungsteil 3 auf den Steuerdruck S übertragen, der Referenzdruck A bleibt zunächst unverändert. Ist die Drucksenkung ausreichend schnell und stark, um die Wirkung des Drucksausgleichs über die Düse 15 sowie die Anfangskraft der Druckfeder 13 zu überwinden, kommt es zu einer Bewegung des Steuerkolbens 7 in Richtung des Ausgleichskolbens 8. Diese Bewegung ist gerade so groß, dass ein Gleichgewicht von Druck- und Federkräften am Steuerkolben 7 wieder hergestellt wird. Durch die Annäherung der Kolben kommt es zu einer Berührung des Auslassventils 101 mit dem Ventilkörper 102 des Doppel sitzventils 10. Bei einer weiteren Bewegung in diese Richtung hebt der Ventilkörper 102 vom Einlassventil 103 ab, so dass Druckluft aus dem Vorratsluftbehälter 5 über die hohle Kolbenstange 16 des Steuerkolbens 7 zum Bremszylinder strömen kann.
Eine weitere Funktion des Leitungsteils 3 besteht darin, bei Beginn einer Bremsung eine Verbindung von der Hauptluftleitung 6 zum Kanal der zusätzlichen Entlüftung KZE zu öffnen. Dadurch strömt Druckluft aus der Hauptluftleitung 6 ebenfalls zum Bremszylinder 4, solange das Auslassventil 102 noch geöffnet ist, gleichzeitig auch in die Umgebung 0.
Infolge des Ansteigens der Druckdifferenz A - S bewegt sich die Kolbenstange 16 mit dem Anschlag 115, der Stange 114 und dem Ventilkörper 111 nach unten bis sich letzterer auf den Ventilsitz 113 setzt und das Ventil 11 somit geschlossen ist. bei einem weiteren Hub des Steuerkolbens 7 kommen die genannten Teile außer Eingriff und es entsteht ein Spiel zwischen der Stange 114 und dem Anschlag 115 oder zwischen der Stange 114 und dem Ventilkörper. Damit ist das Ausströmen von Druckluft aus der Hauptluftleitung 6 bei
Bremsbeginn auf diesem Weg unterbrochen, wobei sich eine genau vorgesehene
Druckdifferenz A-S, somit auch ein vorbestimmter anfänglicher Bremsdruck C eingestellt hat. Diese Funktion dient der Beschleunigung der Fortpflanzung der Druckabsenkung in der Hauptluftleitung 6 auf der Zuglänge und sichert ein schnelles und richtig dosiertes erstes Anlegen der Bremse. Der sich aufbauende Bremsdruck C übt eine Kraft auf den Ausgleichskolben 8 aus, der sich bis zur Erreichung eines Kräftegleichgewichts mit der Kraft der Druckfedern 19, 20 bewegt. Somit entspricht jede Bremsstufe, durch den Wert der Absenkung des Druckes L gesteuert, einem bestimmten Weg des Steuerkolbens. Sobald der vorbestimmte Bremsdruck C erreicht ist, hat auch der Ausgleichskolben 8 eine entsprechende Bewegung ausgeführt - nach welcher sowohl Ein- als auch Auslassventil 101; 103 geschlossen sind (Abschlussstellung).
Die Versteileinrichtung 12 für die Einstellung der Laststellung des Steuerventils bestehen aus einer Schaltwelle 121, welche ein Stellnocken 122 trägt. Die Schaltwelle 121 kann von einer Seite des Steuerventils durch einen Bediensteten der Eisenbahn gedreht werden, um das Steuerventil an die aktuelle Beladung des Wagens anzupassen. Dabei wird der Stellnocken 122 an einen Anschlag für die Druckfeder 19 angenähert oder von dieser entfernt. Dies hat zur Folge, dass bei gleichem Weg des Ausgleichskolbens 8 durch die Druckfeder 19 eine größere oder eine kleinere Kraft ausgeübt wird. Insbesondere kann die Druckfeder 19 in der entfernten Position„leer" einen Abstand zum Ausgleichskolben 8 aufweisen, der auf dem ganzen möglichen Arbeitshub das Entstehen einer Federkraft verhindert.
Wie bereits beschrieben, entspricht der Bremsdruck C infolge des Kräftegleichgewichtes am Ausgleichskolben 8 der auf die Kolbenfläche bezogenen Kraft der Druckfedern 19, 20. Somit kann eine hohe Federkraft zur Erzielung eines hohen Bremsdruckes C für ein beladenes Fahrzeug eingestellt werden, für ein leeres oder teilbeladenes Fahrzeug wird durch
entgegengesetzte Verstellung des Stellnockens 122 eine geringere Federkraft für einen niedrigeren Bremsdruck C erzielt.
Eine vorteilhafte Ausführung ergibt sich für das teilbeladene Fahrzeug insbesondere dann, wenn die Druckfeder eine progressive Kennlinie hat, oder wenn eine - nicht dargestellte - dritte Druckfeder speziell für die Stellung„teilbeladen" durch das exzentrische Element spielfrei zum Ausgleichskolben eingerückt wird, wobei eine weitere Druckfeder für die Stellung„beladen" noch Spiel hat.
Für die Stellung„beladen" kann durch die progressive Kennlinie oder durch ein anfängliches Spiel der Druckfeder 19 ebenfalls ein Vorteil erzielt werden, weil die anfänglich relativ geringe Gesamt-Federkraft ein nicht zu scharfes erstes Einbremsen bewirkt, bei weiterem Arbeitshub steigen dann Federkraft und Bremsdruck C stärker an.
Die Verminderung des Bremsdruckes C zum Lösen der Bremse erfolgt, gesteuert durch ansteigenden Druck L in der Hauptluftleitung und/oder abfallenden Druck A, in umgekehrte Richtung. Nahe der Ausgangsstellung öffnet das Ventil 11 für den Abschluss des Kanals KZE wieder. Das Steuerventil ist dann für ein erneutes beschleunigtes Einbremsen bereit, sobald das Leitungsteil 3 einen Bremsbeginn erkennt und den Weg für die Druckluft aus der Hauptluftleitung 6 zum Kanal KZE freigibt.
In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt. Die Wirkungsweise dieser Ausführung entspricht der bereits beschriebenen.
Anstelle der genannten, von einer Dichtung zu überschleifenden Düse 15 für die Verbindung der Drücke A und S zur Erreichung einer bestimmten Unempfindlichkeit des Steuerventils ist ein Ventil dargestellt, das durch den Steuerkolben 7' in einer geöffneten Stellung gehalten ist, solange sich dieser in oder nahe der Ausgangsstellung befindet.
Die Dichtungen 17' und 18' zur Zuführung des Druckes R aus dem Vorratsluftbehälter 5' zum Einlassventilsitz 103' befinden sich hier am Ausgleichskolben 8', ebenso wie auch das Doppel sitzventil 10'. Die Dichtungen am Ausgleichskolben 8' und am Steuerkolben 7' dichten in dieser
Ausführung in der Laufbuchse statt auf dem Kolbenmantel. Die Versteileinrichtung befindet sich nun im Trägergehäuse statt im Gehäuse des Hauptteils des Steuerventils. Die genannten Merkmale können unter bestimmten Bedingungen eine vereinfachte
Konstruktion, eine erhöhte Zuverlässigkeit oder eine Kompatibilität mit älteren
Steuerventilbauarten bewirken. Jede der aufgezählten Variationen kann einzeln in die
Basisausführung integriert werden. Darüber hinaus ist ein erfindungsgemäßes Steuerventil mit weiteren, hier nicht dargestellten Variationen kombinierbar.
Bezugszeichenliste
1 Hauptteil
2 Träger
3 Leitungsteil
4 Bremszylinder
5 Vorratsluftbehälter
6 Hauptluftleitung
7 Steuerkolben
8 Ausgleichskolben
9 Gehäuse
10 Doppelsitzventil
101 Auslassventil
102 Ventilkörper
103 Einlassventil
104 Druckfeder
11 Ventil für den Abschluss des Kanals KZE
111 Ventilkörper
112 Druckfeder
113 Ventilsitz
114 Stange
115 Anschlag
12 Versteileinrichtung
13 Druckfeder
14 Dichtung
15 Düse
16 Kolbenstange
17 Dichtung
18 Dichtung
19 Druckfeder
20 Druckfeder
21 Ventil
22 Dichtung
23 Volumen für einen Steuerdruck S
24 Volumen für einen Steuerdruck A
25 Zuführung alle Bezugszeichen in Fig.2 mit ' in gleicher Entsprechung. A Referenzdruck
S Steuerdruck
L Hauptluftleitung
C Bremszylinderdruck
R Vorratsluftdruck
KZE Kanal der zusätzlichen Entlüftung

Claims

A n s p r ü c h e
1. Steuerventil für selbsttätige Druckluftbremsen zur Bildung eines Bremszylinderdruckes (C) in mindestens einem angeschlossenen Bremszylinder (4) nach Maßgabe einer Druckdifferenz zwischen einem Druck (L) in einer angeschlossenen Hauptluftleitung (6) eines Zuges und einem gespeicherten Referenzdruck (A),
bestehend aus einem Hauptteil (1), einem Leitungsteil (2) und einem Träger (3), wobei das Hauptteil (1) folgende Teile enthält:
einen Steuerkolben (7), der einerseits von dem Referenzdruck (A), andererseits von einem Steuerdruck (S) und mindestens einer Druckfeder (13) belastet ist, und
einen Ausgleichskolben (8), der vom Druck (C) des Bremszylinders (4) entgegen mindestens einer Druckfeder (20) belastet ist, und
einem Doppel sitzventil (10), bei dem durch Annäherung des Steuerkolbens (7) über eine Kolbenstange (16) ein Einlassventil (103) und durch Entfernung desselben ein Auslassventil (101) öffnet, wobei das Einlassventil (103) in einem Luftweg von einem Vorratsluftbehälter (5) in Richtung des Bremszylinders (4) liegt, und das Auslassventil (101) in einen Luftweg vom Bremszylinder (4) zur Umgebung (0) liegt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Luftweges vom Vorratsluftbehälter (5) über das geöffnete Einlassventil (103) mindestens gleich groß wie ein zur Erreichung der kürzesten normativen Bremszeit bei größtmöglichem Druck und Volumen im mindestens einem Bremszylinder erforderlicher Querschnitt ist.
2. Pneumatisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Verbindung zwischen Bremszylinder (4) und der Umgebung (0) über das Auslassventil (101) mindestens gleich groß ist, wie ein zur Erreichung der kürzesten normativen Entlüftungszeit bei größtmöglichem Druck und Volumen im Bremszylinders (4) erforderlicher Querschnitt ist.
3. Pneumatisches Steuerventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Doppel sitzventil (10') als Bestandteil des
Ausgleichskolbens (8') ein hohlzylinderartigen Ventilkörper (102') aufweist, dessen
Stirnfläche mit einem Einlassventil (103') größeren Durchmessers sowie einem koaxial hierzu angeordneten Auslassventil (101 ') kleineren Durchmessers zusammenwirkt, wobei die vom Auslassventil (101 ') abgeführte Abluft durch den hohlzylinderartigen Ventilkörper (102') hindurch an die Umgebung (0) gelangt.
4. Pneumatisches Steuerventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Durchmesser des Einlassventils (103') dem
Innendurchmesser eines den Ventilkörper (102') des Doppel sitzventils (10') umschließenden Dichtung (22') entspricht, um eine druckentlastete Ventilanordnung zu schaffen.
5. Pneumatisches Steuerventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die den Ausgleichskolben (8, 8') abdichtenden Dichtungen (81, 17', 18') als Membranen ausgeführt sind.
6. Pneumatisches Steuerventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die den Steuerkolben (7, 7') abdichtende Dichtung (14, 14') als Membran ausgeführt sind.
7. Pneumatisches Steuerventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass im Hauptteil (1) eine Verbindung des Referenzdruckes (A) mit dem Steuerdruck (S) über eine Düse (15') durch ein Ventil (2 ) schaltbar ist, welches sich in oder Nahe der Ausgangsstellung des Steuerkolbens (7) an einen Anschlag annähert und dadurch gegen eine Federkraft betätigbar ist.
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