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Die Erfindung betrifft eine hydraulisch-pneumatische Treibvorrichtung, die insbesondere für den Antrieb von Fahrzeugbremsen und für ähnliche Anwendungszwecke bestimmt ist und eine Ladepumpe, einen durch diese Pumpe mit Flüssigkeit gespeisten Ladebehälter und einen die Flüssigkeit abgebenden Entladebehälter umfasst. Diese Apparategesamtheit bildet eine Energiequelle, an welche verschiedene
Kraftaufnehmer an geeigneten Stellen angeschlossen werden können. Im Falle von Fahrzeugen z. B. von Trambahnwagen können diese Kraftaufnehmer in'erster Linie durch die Bremszylinder und Bremskolben und weiterhin durch Vorrichtungen zum Öffnen und Schliessen der Türen, zur Fernsteuerung von Überwachungsorganen z. B. der Regelsehalter elektrischer Motoren bei Zügen mit mehreren Wagen und für ähnliche Bewegungsantriebe gebildet sein.
Im Besonderen soll die Treibvorrichtung nach der Erfindung folgende Massnahmen ermöglichen : a) die gleichzeitige Verwendung von hydraulischen und pneumatischen Kraftaufnehmern mit selbsttätiger Aufladung der Energiebehälter und mit Leerlauf der Ladepumpe nach Vollzug dieser Aufladung ; b) im Falle des Antriebes von Fahrzeugbremsen die Erzielung einer von der Fahrzeuggeschwindigkeit in der Stärke abhängigen Bremsung ; c) die Verwirklichung einer von der Fahrzeugbelastung abhängigen Bremsung.
Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäss bei der aus Pumpe, Lade-und Entladebehälter bestehenden pneumatisch-hydraulischen Treibvorrichtung die Anordnung so getroffen, dass die Pumpe von dem Entladebehälter ansaugt und nach dem Ladebehälter fördert und diese beiden Behälter nach aussen geschlossen sind, so dass die Pumpe in den Behältern einen Gleichgewichtszustand erzeugt, bei dem in dem Ladebehälter ein bestimmter Druck herrscht, der einem bestimmten Unterdruck im Entladebehälter entspricht. Diese beiden Druckzustände können von dem Volumen des schädlichen Raumes der Pumpe abhängig gemacht sein, es kann aber auch die Pumpe so ausgebildet werden, dass ein schädlicher Raum für die Ladung und Entladung nicht vorhanden ist.
Die hydraulischen oder pneumatischen Kraftaufnehmer können zweckmässig in Parallelschaltung zwischen dem Lade-und dem Entladebehälter angeordnet sein. Wenn einer oder mehrere hydraulische Kraftaufnehmer für den Antrieb von Bremsgestängen Verwendung finden, wird erfindungsgemäss die Bremsung in zwei Perioden bewirkt, indem in der ersten Periode der Bremsdruck im Kraftaufnehmer vom Ladebehälter geliefert wird und während der zweiten Periode der Kraftaufnehmer eine um so grössere zusätzliche Menge Flüssigkeit empfängt, je schneller das Fahrzeug läuft, so dass der Bremsdruck mit der Fahrzeuggeschwindigkeit wächst.
Um gegebenenfalls die Bremswirkung gleichzeitig von der Wagenlast abhängig zu machen, kann man nach der Erfindung die Durchbiegungen der Aufhängefedern des Fahrzeuges, die entsprechend der Wagenlast sich ändern, dazu benutzen, auf ein Abschlussorgan einzuwirken, das in eine Leitung eingeschlossen ist, welche die Entleerung von Flüssigkeit aus dem Zylinder des Kraftaufnehmers gestattet.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise verschiedene Ausführungsformen der neuen hydraulischpneumatischen Treibvorrichtung nach der Erfindung. Fig. 1 veranschaulicht in schematischer Darstellung das Wirkungsprinzip der Treibvorrichtung. Fig. 2 und 3 geben zwei Anwendungsfälle der Erfindung bei Fahrzeugbremsen wieder. Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen im Einzelnen verschiedene Ausbildungsformen der Ladepumpe.
Gemäss Fig. l ist die Pumpe 4 über das Ventil 4a und die Leitung 7 mit dem Ladebehälter 8 auf der Druckseite und mit dem Entladebehälter 3 auf der Saugseite über das Ventil 4b und die Leitung 3d verbunden. Die Behälter 3 und 8 sind nach aussen abgeschlossen. Die von den Behältern 8 und 5 aus- gehenden Leitungen 1 und 2 können zum Anschluss eines Kraftaufnehmers dienen. Zum Ingangsetzen
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enthaltene Flüssigkeitsmenge. Hierauf saugt sie das in diesem Behälter. 3 befindliche Gas an, um es ebenfalls nach dem Behälter 8 zu fördern, bis der Druck in ihrem schädlichen Raum gleich oder geringer als der Druck im Behälter 8 ist.
In diesem Augenblick besteht in dem ganzen System ein Gleichgewichtszustand, bei dem in dem Entladebehälter 3 ein bestimmter Unterdruck herrscht, der einem bestimmten Druck
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und das Druckventil 4a der Ladepumpe 4 in Ruhe und die Pumpe läuft leer.
Dieser Gleichgewichtszustand kann durch Einführung von Flüssigkeit oder Gas in dem Behälter : ; oder durch Entnahme von Flüssigkeit oder Gas aus dem Behälter 8 unterbrochen werden. Dies ist der Fall, wenn man zwischen die Behälter 8 und 3 hydraulische oder pneumatische Kraftaufnehmer ein-
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schaltet, die Druckflüssigkeit oder Druckgas aus dem Behälter 8 entnehmen und dieses gasförmige oder flüssige Medium nach der Arbeitsleistung in den Behälter : ; entleeren. Je nachdem man Flüssigkeit oder Gas zum Antrieb der Kraftaufnehmer verwenden will, wird man die entsprechenden Anschlussleitungen vom unteren oder oberen Teil der Behälter 8 und. 3 abzweigen.
Die bei Erreichung des Gleichgewichtszustandes in den Behältern 8 und. 3 sich einstellenden Druck-bzw. Unterdruckwerte hängen bei der Anordnung nach Fig. 1 von dem Volumen des schädlichen Raumes der Pumpe-ab und können durch Änderung dieses schädlichen Raumes beeinflusst werden.
Um die Einrichtung in Gang zu setzen, kann man auch eine Anfangsladung von Gas oder Flüssigkeit unter Druck in den Behälter 8 geben, wodurch sieh der Gleichgewichtszustand zwischen den beiden Behältern 8, 3 wesentlich schneller einstellt. Die durch die Pumpe 4 und die Behälter 3, 8 gebildete Energiequelle kann auch zum Antrieb von pneumatischen Kraftaufnehmern dienen, welche mit Druckluft arbeiten und diese Luft nach Entspannung in die freie Atmosphäre abführen. Hiebei ist es notwendig, in die Einrichtung Luftmengen einzuführen, die den von den Kraftaufnehmern aus dem Behälter 8 durch die Leitung 81 entnommenen Luftmengen entsprechen. Kraftaufnehmer, die mit Vakuum arbeiten, werden an den Behälter 3 mittels der Leitung 32 angeschlossen.
Fig. 2 zeigt die Verbindung der Treibvorrichtung der Fig. 1 mit einer Fahrzeugbremse, die in der Hauptsache aus einem Bremszylinder 26 mit einem an das Bremsgestänge angeschlossenen und unter der Einwirkung einer Rückholfeder 25k stehenden Kolben 25 besteht. Der Bremszylinder 26 steht über die Leitungen 1 und 10 mit dem Ladebehälter 8 und über die Leitung 2 mit dem Entladebehälter 3 in Verbindung. Die Pumpe 4 ist wie bei Fig. 1 über das Saugventil 4b und die Leitung 3d an den Behälter 3 und über das Druckventil 4a und die Leitung 7 an dem Behälter 8 angeschlossen. Die Verbindung zwischen dem Behälter 8 und der Leitung 1 wird durch ein Ventil 8a und die Verbindung zwischen der Leitung 2 und dem Behälter 3 durch ein Ventil 3a beherrscht.
Die beiden Ventile 8a, 3a werden von Elektromagneten 8m und 3m beherrscht, die durch einen Sehalter 13 gesteuert werden, der an die Batterie B angeschlossen ist.
Um eine Bremsung auszuführen, wird der Schalter 13 aus der Ruhestellung N in die Bremsstellung S übergeführt, wodurch der Stromkreis des Elektromagneten 8m, der für gewöhnlich das Ventil 8a ge-
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der Druck im Bremszylinder 26 gleich dem Druck im Behälter 8 ist, schliesst sich das Ventil 8a unter der Wirkung der schwachen Rückholfeder 8wieder. Damit ist die erste Periode der Bremsung beendet, bei der die Bremsstärke konstant und einem bestimmten Wert gleich ist.
Nach dem Schluss des Ventils 8a beginnt die zweite Bremsperiode, während welcher die Bremsstärke mit der Fahrzeuggesehwindigkeit zunimmt. Zur Erzielung dieser Abhängigkeit zwischen Bremsung und Fahrzeuggeschwindigkeit ist eine zusätzliche Pumpe 6 vorgesehen, deren Kolben 5b von einer Achse des Fahrzeuges angetrieben sein kann und bei der Anordnung nach Fig. 2 mit dem Kolben 5a der Pumpe 4 zu einem Stufenkolben 5 vereinigt ist. Der Kolben 5b saugt Flüssigkeit aus dem Behälter 8 über die Leitungen 10 und 1 und das Ventil 8a an, das hiebei als selbsttätiges Saugventil dieser Zusatzpumpe 6 arbeitet. Die angesaugte Flüssigkeit drückt der Kolben 5b durch die Leitung 10 nach dem Bremszylinder 26 über ein selbsttätiges Druckventil Mc, das sich nach dem Zylinder 26 öffnet.
Wenn der Druck in dem Zylinder 26 über den der ersten Bremsperiode entsprechenden Normalwert ansteigt, wird Flüssigkeit durch eine Leitung 9 nach dem Behälter 8 entleert. Die Leitung 9 ist mit einem Ventil 9a versehen, das auf der einen Seite unter der Einwirkung des Druckes des Behälters 8 und auf der anderen Seite unter dem Einfluss des Bremsdruckes steht. Durch dieses Ventil 9a wird der Höchstwert des Bremsdruckes beschränkt, der von dem Durchtrittsquerschnitt dieses Ventils abhängt.
Der Bremsdruck nimmt entsprechend der Verlangsamung der Fahrzeuggeschwindigkeit ab, mit der die von der Zusatzpumpe 6 nach dem Bremszylinder geförderte Flüssigkeitsmenge sich verringert. Beim
Stillstand des Fahrzeuges entspricht dann der Druck im Bremszylinder 26 dem Druck des Lade behälters 8.
Damit der Durchtrittsquerschnitt am Ventil 9a konstant bleibt, ist der Hub dieses Ventiles durch einen Anschlag 9k beschränkt, der durch eine von aussen verstellbare Sehraubenspindel gebildet ist.
Zur Entbremsung führt man den Schalter 13 in die Stellung D über, in der der Elektromagnet 3m
Strom erhält, so dass er das Ventil 3a öffnet und damit den Bremszylinder 25 durch die Leitung 2 mit dem Behälter 3 verbindet. Der in dem Behälter 3 etwa vorhandene Unterdruck trägt zur Beschleunigung der
Entbremsung bei und gestattet die Rückholfeder 25k weniger stark zu bemessen.
Um die Bremsung von der Wagenlast abhängig zu machen, ist in die Leitung 9 ein Abschlussorgan 9b eingeschaltet, das durch eine Hebelübertragung von einer versehiebliehen Stange 91 aus gesteuert wird, die entsprechend den
Durchbiegungen der Aufhängefedern 92 des Fahrzeuges mehr oder weniger angehoben oder gesenkt wird und dementsprechend das Absehlussorgan 9b auf grösseren oder kleineren Durchlass einstellt.
Wie Fig. 2 zeigt, kann an der Pumpe oder an dem Behälter 3 ein selbsttätiges Ventil 3b vorgesehen sein, das sich nach der Innenseite des Behälters oder der Pumpe öffnet und dessen Belastungsfeder so bemessen ist, dass das Ventil 3b sich zwecks Eintritts von Aussenluft nur öffnet, wenn in der Ladepumpe oder dem Ladebehälter schon ein bestimmter Unterdruck herrscht. Das Ventil 3b schliesst sich dann
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wieder, sobald der Druck im Behälter 8 auf seinen Normalwert gelangt ist.
Der durch den Druck im Behälter 8 und den Unterdruck im Behälter 3 bestimmte Gleichgewichtszustand, der von dem schädlichen Raum der Pumpe abhängig sein kann, wird dann von neuem herrschen, bis die an die Triebvorrichtung angeschlossenen, mit Druckluft arbeitenden Kraftaufnehmer durch Entnahme einer weiteren Menge Luft den Druck im Behälter 8 zum Sinken bringen, der sofort wieder durch die Ladepumpe hergestellt wird.
Bei Verwendung von Kraftaufnehmern, die mit Vakuum arbeiten und an die Leistung 32 des Behälters 3 angeschlossen sind, werden die Luftmengen, die infolge der Wirkung dieser Kraftaufnehmer in den Behälter 3 gelangen, durch die Pumpe 4 abgesaugt und nach dem Behälter 8 gefördert. Damit hiebei der Druck in dem Behälter 8 nicht über den Normalwert ansteigt, ist der Behälter 8 mit einem Ventil 8b versehen, das sich nach der Aussenluft öffnet und dessen Belastungsfeder auf einen bestimmten Wert eingestellt ist. Die Luftmengen, die das Ventil 8b aus dem Behälter 8 entweichen lässt, entsprechen den Luftmengen, die infolge der Wirkung der Kraftaufnehmer in die Treibvorrichtung gelangen.
Bei der Anordnung nach Fig. 3, welche die Anwendung der Erfindung bei einer auf elektrischem Wege gelösten Bremseinrichtung zeigt, stellt der Bremszylinder 26 gleichzeitig den Entladebehälter der Fig. 1 und 2 dar. Der mit dem Bremsgestänge, verbundene Kolben 25 dient gleichzeitig als Kern eines Solenoids 40, das durch einen nicht näher dargestellten Schalter bei der Entbremsung mit Strom beschickt werden kann. Die Bremsung erfolgt auch hier in zwei Perioden in der anlässlich Fig. 2 beschriebenen Weise, indem zuerst der Druck des Behälters 8 auf den Bremskolben 25 wirkt und dann die Pumpe 6 mit dem Kolben 5b eine der Fahrzeuggesehwindigkeit entsprechende Flüssigkeitsmenge aus dem Behälter 8 nach dem Bremszylinder 26 fördert.
Diese Flüssigkeitsförderung findet über die Leitung 10 und das Ventila statt, während der Druck des Behälters 8 über die Leitung 1 und 10 übertragen wird. Die von den Durchbiegungen der Aufhängefeder 92 abhängige verschiebliche Spindel 91
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des Ventils 9a von der Fahrzeugbelastung abhängig gemacht.
Bei der Entbremsung wird durch das dann mit Strom beschickte Solenoid 40 der Kolben 25 in die Ausgangslage zurückgeführt, wodurch die Bremsen gelöst werden und gleichzeitig eine Wiederaufladung des Behälters 8 stattfindet. Der Kolben 25 drückt die für die Bremsung benutzte Flüssigkeit bei der Entbremsung durch die Leitung 9, das Ventil 9a und die Leitung 1 nach dem Behälter 8 und wirkt so als Ladepumpe. Der Bremszylinder erfüllt demnach gemäss Fig. 3 gleichzeitig die Wirkungen des Entladebehälters 3 und der Ladepumpe 4 der Fig. 1 und 2, wodurch sich eine Vereinfachung der Einrichtung ergibt. Im übrigen arbeitet die Anordnung nach Fig. 3 in gleicher Weise wie die Einrichtung nach Fig 2.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Ladepumpe 4, bei der das Ansaugventil 4b nicht wie bei Fig. l an der oberen Seite des waagrechten Pumpenzylinders, sondern an dessen unterer Seite angeordnet ist, während das Druckventil 4a oben vorgesehen ist. Diese Anordnung arbeitet, wenn der Ladebehälter J Flüssigkeit z. B. Öl enthält, ohne schädlichen Raum in der Pumpe. Wenn der Ladebehälter 3 durch die Pumpe 4 von Flüssigkeit entleert ist, bleibt, wenn der Kolben sich am Hubende befindet, eine bestimmte Menge Flüssigkeit im Zylinder, die genau den schädlichen Raum ausfüllt. Die dann aus dem Behälter 3 von der Pumpe 4 über die Leitung 3d angesaugte Luft tritt durch diese Flüssigkeitsschicht hindurch und wird in den Ladebehälter über die Leitung 7 gefördert.
Diese Anordnung bietet somit den Vorteil, dass die Pumpe 4 dauernd sowohl beim Ansaugen von Flüssigkeit wie auch von Luft ohne schädlichen Raum arbeitet und sich daher ein sehr hohes Vakuum in dem Entladebehälter 8 ergibt. Der Gleichgewichtszustand zwischen diesen beiden Behältern 3 und 8 hängt hier nicht von dem schädlichen Raum der Pumpe 4 ab, sondern einzig von dem Luftvolumen und dem Luftdruck in dem Ladebehälter 8 und von dem Luftvolumen in dem Entladebehälter 3.
Die gleiche Wirkung lässt sich bei senkrechter Anordnung der Pumpe 4 erreichen, wenn dabei die Ventile 4b und 4ain der aus Fig. 3 und 6 ersichtlichen Weise angeordnet werden. Auch hier wird der nach Überleitung der Flüssigkeit des Entladebehälters 3 nach dem Ladebehälter 8 eintretende Gleichgewichtszustand nur durch die Volumen-und Druckverhältnisse in den beiden Behältern unabhängig von dem schädlichen Raum der Pumpe 4 bestimmt. Bei der Anordnung nach Fig. 6 besteht ausserdem der Vorteil, dass die aus dem Behälter 3 angesaugte Luft nicht die im Pumpenzylinder verbliebene Flüssigkeitsschicht durchströmen braucht, um nach dem Behälter 8 gefördert zu werden, da die beiden Ventile 4a und 4b in gleicher Höhe liegen.
Die Druckerhöhung im Behälter 8 hängt allein von dem Volumen des Behälters 3 ab, der hermetisch abgeschlossen ist. Damit beim Eintritt von Luft in das System, der durch eine schlechte Dichtung der vom Behälter 3 ausgehenden Leitung oder über die Dichtungsringe des Pumpenkolbens stattfinden kann, der Druck im Ladebehälter 8 nicht unbegrenzt ansteigt, kann man am oberen Teil der Pumpe 4, wie Fig. 5 zeigt, eine Glocke 50 anbringen, die mit dem Pumpenzylinder in Verbindung steht. Diese Glocke 50 stellt praktisch einen schädlichen Raum dar, der entsprechend dem Vakuum des Entladebehälters 3 und dem Druckwert des Ladebehälters 8 veränderlich ist.
Die luftaufnehmende Glocke begrenzt den Höchstdruck in dem Ladebehälter und ebenso das Höchstvakuum in dem Entladebehälter in ähnlicher Weise wie das Ventil 8b der Fig. 2.