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Automatische Druckluftbremseinrichtung für Schnellzüge
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einer Kammer 2 einer Hauptsteuerventileinheit HV verbunden ist. Diese Hauptsteuerventileinheit weist einen in einem Gehäuse g achsial beweglichen Zentralkörper 3 auf. Elastische Membranen m verbinden diesen Zentralkörper 3 mit dem Gehäuse g und trennen verschiedene
Kammern 2, 4 und 5 luftdicht voneinander ab. Der Zentralkörper 3 weist eine achsiale Bohrung 7 auf, deren obere Öffnung 8 gegenüber dem einstellbaren Teller 9 eines Ventils 10 steht.
Dieses Ventil 10 weist einen zweiten Teller 11 auf und steht unter dem Einfluss einer Feder 12, so dass der Teller 11 normalerweise auf einem Sitz ruht und eine Kammer 13 luftdicht von der Kammer 4 abschliesst. Die Kammer 4 ist über eine Leitung b mit einem Bremszylinder BZ verbunden.
Die Bremsvorrichtung weist noch eine Druckregulierventileinheit DR und ein Steuerrelais SR auf, welche über Leitungen 42, 43 und 44 mit einem Hilfs1uftbehälter HB in Verbindung stehen. Die Ventileinheit DR weist fünf voneinander luftdicht abgeschlossene Kammern 45, 46, 47, 48, 49 auf. Die Kammern 45, 46 sind durch eine mit einem Zentralkörper 50 verbundene Membran m voneinander abgeschlossen. Die Kammer 47, welche über einen Kanal 51 mit der Aussenluft in Verbindung steht, ist durch eine mit einem zusätzlichen Zentralkörper 52 verbundene Mem- bran m von Kammer 48 abgetrennt. Die Kammern 46 und 47 sind durch eine elastische Membran e voneinander abgeschlossen.
Der Zentralkörper 50 weist eine achsiale Bohrung 53 auf, welche mit der Kammer 47 in Verbindung steht. Die Kammer 49 ist durch einen, unter der Wirkung einer Feder 54 auf einem Sitz ruhenden Ventilteller 55 eines Ventils 55 a von Kammer 45 abgetrennt. Ein zweiter
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Der Steuerbehälter St, dessen Druck stets konstant auf 5 Atm. gehalten wird, steht mit den Kammern 5 der Hauptsteuerventileinheit HV und 48 der Druckregulierventileinheit DR durch die Leitung 58 in Verbindung. Eine Leitung 59 verbindet die Kammer 13 der Ventileinheit HV mit der Kammer 45 der Ventileinheit DR.
Das Steuerrelais SR weist einen achsial verschiebbaren Zentralkörper 60 auf, der mit der
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elastischen Membran e verbunden ist. Diese schliesst eine Kammer 61 ab. Der Zentralkörper 60 weist eine mit der Aussenluft verbundene achsiale Bohrung 62 auf, deren obere Öffnung 63 gegen- über einem einstellbaren Ventilteller 64 eines Ventils 64 a steht. Dieses letztere untersteht der Wirkung einer Feder 65 und trägt einen zweiten Teller 66. Der Ventilteller 66 ruht auf einem Sitz und schliesst die Kammer 61 von einer über die Leitungen 44 und 42 mit dem Hilfsluftbehälter HB in Verbindung stehenden Kammer 67 luftdicht ab. Eine Leitung 68 verbindet die Kammern 46 der Druckregulierventileinheit DR und 61 des Steuerrelais SR miteinander.
Die nach aufwärts gerichteten Achsialverschiebungen des Zentralkörpers 60 werden durch einen Elektromagnet M gesteuert. Dieser Magnet weist einen in der Lichtöffnung einer Spule 70 achsial verschiebbaren Magnetkern 69 auf. Die Spule 70 ist über Leitungen p mit einem Gleichstromgenerator D verbunden. Dieser Generator D ist über mechanische Übertragungsorgane mit einem der Räder R des Wagens verbunden, so dass jeder Geschwindigkeit eine bestimmte Spannung entspricht. Die einstellbaren Ventilteller können z. B. auf den entsprechenden Ventilkörper aufgeschraubt sein.
Die Wirkungsweise der Druckregulierventileinheit und des Steuerrelais ist folgende :
Die Druckregulierventileinheit DR steht durch die Leitung 42 mit dem Hilfsluftbehälter HB und durch die Leitung 58 mit dem Steuerbehälter St in Verbindung. Durch den konstanten Druck des Steuerbehälters St, der sich in Kammer 48 fortsetzt, wird der Zentralkörper 50 gehoben. Infolgedessen wird zuerst die Öffnung 57 der Bohrung 53 geschlossen und dann der Ventilteller 55 von seinem Sitz abgehoben, so dass Druckluft aus dem Hilfsluftbehälter HB in die Kammer 45 und von da über die Leitung 59 in die Kammer 13 der Hauptsteuerventileinheit HV einströmen kann.
Sobald die Druckwirkung auf die Membrane m der Kammer 45 so gross geworden ist wie die Druckwirkung auf die Membrane m der Kammer 48, bewegt sich der Zentralkörper 50 unter der Wirkung der Feder 54 nach unten. Das Ventil 55 kommt auf seinen Sitz zu liegen, wodurch eine weitere Druckluftzufuhr in die Kammer 45 aus dem Hilfsluftbehälter HE unterbrochen wird.
Der Druck des Hilfsluftbehälters HB setzt sich aber auch noch in die Kammer 67 des Steuerrelais SR fort. Der kleine Gleichstromgenerator D, welcher mit dem Beleuchtungsgenerator (nicht dargestellt) oder von der Wagenachse angetrieben wird, liefert den Strom zur Erregung des Elektromagneten M. Je höher die Geschwindigkeit des Wagens ist, um so grösser ist der Erregerstrom des Elektromagneten M. Sobald die Geschwindigkeit des Wagens kleiner wird, nimmt dieser Erregerstrom wieder ab. Bei erregtem Elektromagnet M wird der Magnetkern 69 nach aufwärts ange- zogen, wodurch der Zentralkörper 60 gehoben wird.
Infolgedessen wird zunächst die Öffnung 63 der Bohrung 62 abgeschlossen und nachher der Ventilteller 66 von seinem Sitz abgehoben, so dass Druckluft aus dem Hilfsluftbehälter HB über die Leitungen 42,44, Kammern 67, 61 und Leitung 68 in die Kammer 46 der Druckregulierventileinheit DR einströmen kann. Sobald die Luft in der Kammer 61 einen solchen Druck erreicht, dass seine Wirkung auf den Zentralkörper 60 diejenige des Magnetkerns 69 aufhebt, bewegt sich der Zentralkörper 60 infolge der Wirkung der Feder 65 nach unten. Das Ventil 66 gelangt auf seinen Sitz, wodurch die weitere Druckluftzufuhr aus dem Hilfsluftbehälter. HB unterbrochen wird.
Der Druck in der Kammer 46 wirkt dem Druck in der Kammer 45 entgegen, so dass der Zentralkörper 50 wieder gehoben wird und Druckluft aus dem Hilfsluftbehälter HB in die Kammer 45 von neuen einströmen kann, u. zw. bis der Druck in dieser Kammer 45 um den Betrag des Druckes, welcher in der Kammer 46 herrscht, gestiegen ist. Ist dies der Fall, so herrscht wieder Gleichgewicht der Kräfte, welche auf den Zentralkörper 50 einwirken. Infolgedessen kommt das Ventil 55 wieder auf seinen Sitz zu ruhen, so dass eine weitere Druckluftzufuhr nicht mehr stattfinden kann. Je grösser die Geschwindigkeit des Wagens ist, desto grösser ist auch der Erregerstrom des Elektromagneten und die Wirkung des Magnetkernes 69 auf den Zentralkörper 60.
Daraus folgt, dass die Drucksteigerung in den Kammern 45 und 13 eine Funktion der Wagengeschwindigkeit ist.
Mit Abnahme der Wagengeschwindigkeit sinkt der Erregerstrom des Elektromagneten M und
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Beschreibung als"Stillstandsdruck"bezeichnet werden.
Eine Bremsung wird eingeleitet, indem durch das Führerbremsventil F der Druck in der Hauptleitung H gesenkt wird, wodurch auch
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diese Kammer mit dem Steuerbehälter St von konstantem Druck verbunden ist, wird der Zentralkörper 3 gehoben, die Öffnung 8 geschlossen und der Ventilteller 11 gehoben, so dass Druckluft aus der Kammer 13 in die Kammer 4 und über die Leitung b in den Bremszylinder BZ einströmen kann. Durch das Abströmen der Druckluft aus der Kammer 13 sinkt der Druck in der Kammer 45, wodurch der Zentralkörper 50 durch den Druck in der Kammer 48 sofort gehoben wird. Das Ventil 55 wird solange geöffnet, bis der ursprünglich in der Kammer 46 herrschende Druck durch Zuströmen von Druckluft aus dem Hilfsluftbehälter HB wieder hergestellt ist.
Sobald der Druck in der Kammer 4 so gross geworden ist, dass seine Kraftwirkung auf den Zentralkörper 3 gleich derjenigen des in der Kammer 2 herrschenden Druckes geworden ist, bewegt sich der Zentralkörper 3 wieder nach abwärts. Das Ventil 11 kommt auf seinen Sitz, wodurch eine weitere Druckluftzufuhr unterbrochen wird. Die Membranen der Hauptsteuerventileinheit HV sind so bemessen, dass bei einer Drucksenkung von 5 auf 3-5 Atm. in der Hauptleitung H im Bremszylinder BZ höchstens der Stillstandsdruck sich einstellen kann.
Rollt der Wagen mit einer genügenden Geschwindigkeit, so dass der Generator D Strom liefert und den Elektromagnet M erregt, so herrscht, wie oben beschrieben, in den Kammern 46 und 49 des Druckregulierventils DR ein Druck, welcher in Funktion der Wagengeschwindigkeit zugenommen hat.
Bei hoher Geschwindigkeit des Wagens ist der Ventilteller 66 entgegen der Wirkung der Feder 65 durch den Elektromagneten von seinem Sitz angehoben. Somit herrscht in der Kammer 46 der gleiche Druck wie im Hilfsluftbehälter HB.
Dieser Druck in der Kammer 46 bewirkt eine Aufwärtsbewegung des Zentralkörpers 50, welche den Ventilteller 55 entgegen der Wirkung der Feder 54 von seinem Sitz abhebt. Infolgedessen sind die Kammern 45, 13 mit dem Hilfsluftbehälter HB verbunden. Bei Senkung des Druckes in der Hauptleitung H bewegt sich der Zentralkörper 3 der Hauptsteuerventileinheit HV nach oben, hebt das Ventil 11 von seinem Sitz ab und lässt Druckluft in den Bremszylinder BZ einströmen. Im Bremszylinder herrscht der gleiche Druck wie in der Kammer 4. Wenn dieser Druck so hoch gestiegen ist, dass zwischen den Drücken in den Kammern 4, 2 und 5 Gleichgewicht herrscht, bewegt sich der Zentralkörper 3 wieder nach abwärts und schliesst das Ventil 11 ab.
Durch weitere Drucksenkung in der Hauptleitung H wird der Zentralkörper 3 wieder gehoben und das Ventil 11 geöffnet, wodurch weitere Druckluft in den Bremszylinder BZ einströmen kann, bis die Druckerhöhung in der Kammer 4 die Drucksenkung in der Hauptleitung H bzw. in der Kammer 5 wieder kompensiert hat. Bei einer Drucksenkung in der Hauptleitung H von 5 auf 3-5 Atm. entsteht der Stillstandsdruck im Bremszylinder BZ. Bei weiterer Senkung von 3-5 auf zirka 2 Atm. steigt der Druck in Kammer 4 und im Bremszylinder BZ auf den Maximalwert, d. h. auf den Druck, der in Kammer 45 herrscht.
Nimmt nun infolge der Bremsung die Geschwindigkeit des Wagens ab, so wird der Generatorstrom kleiner und die Kraft des Elektromagneten M geht zurück. Der Zentralkörper 60 des Steuerrelais SR wird also nach unten verschoben. Die Öffnung 63 wird wieder frei und lässt so viel Druckluft aus Kammer 61 und aus der Kammer 46 der Druckregulierventil- einheit DR ins Freie entweichen, bis wieder Gleichgewicht hergestellt ist. Die Senkung des Druckes in Kammer 46 bewirkt eine Verschiebung des Zentralkörpers 50 nach unten, wodurch der Ventilteller 55 wieder auf seinen Sitz zu ruhen kommt. Dann verlässt der Ventilteller 56 seinen Sitz auf der Öffnung 57, wodurch die Kammer 45 über die Bohrung 53, Kammer 47 und Kanal 51 mit der Aussenluft in Verbindung steht.
Es kann also Druckluft aus der Kammer 45 so lange ins Freie abströmen, bis wieder Gleichgewicht hergestellt ist und somit die Öffnung 57 durch den Ventilteller 56 wieder geschlossen wird.
Bei weiterer Geschwindigkeitsabnahme des Wagens sinkt der Druck im Bremszylinder BZ weiter und bei sehr kleiner Geschwindigkeit des Wagens, für welchen die Wirkung des Elektromagneten ausgeschaltet ist, herrscht im Zylinder BZ und in Kammer 45 nur noch der Stillstandsdruck.
Es wurde eben erwähnt, dass es für erhöhte Bremsung bei hoher Geschwindigkeit notwendig ist, den Hauptleitungsdruck bis auf zirka 2 Atm. zu senken. Durch einen Zusatzapparat kann die zusätzliche Drucksenkung vermieden werden, so dass bei hoher Geschwindigkeit der Maximalbremsdruck sich schon einstellt, wenn der Druck inderHauptleitungvon5 auf3-5Atm. gesenktwird.
In Fig. 2 ist nun gezeigt, wie ein solcher Zusatzapparat ausgeführt wird und wie er an die vorbeschriebene Einrichtung angeschlossen wird.
Der Zusatzapparat ist in der nachfolgenden Beschreibung als Drucküberträgerventileinheit D V bezeichnet. Diese weist einen in einem Gehäuse g achsial beweglichen Zentralkörper 25 auf, welcher durch zwei Membranen m mit dem Gehäuse g verbunden ist, durch welche im Gehäuse g drei luftdicht voneinander abgeschlossene Kammern 22, 23, 24 gebildet werden, von denen die letztere noch durch eine am Körper g und am Zentralkörper 25 angeschlossene elastische Membran e abgeschlossen wird.
Der Zentralkörper 25 weist eine mit der Aussenluft in Verbindung stehende axiale Bohrung 27 auf. Gegenüber der oberen Öffnung 28
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dieser Bohrung 27 befindet sich ein einstellbarer
Ventilteller 29 des Ventils 19.
In diesem Fall weist die Hauptsteuerventil- einheit HV noch einen zusätzlichen Zentral- körper 15 auf, welcher ebenfalls achsial beweglich ist und mit einer Membran m verbunden ist.
Diese letztere schliesst eine Kammer 16 luftdicht von einer Kammer 6 ab, welche durch eine
Bohrung 14 der Gehäusewand mit der Aussenluft in Verbindung steht. Im Gehäuse g der Druck- überträgerventileinheit DV sind noch zwei
Kammern 18 und 21 gebildet, welche durch einen Ventilteller 19 eines Ventils 19 a, welches unter dem Einfluss einer Feder 20 steht und auf einem Sitz ruht, luftdicht voneinander abgeschlossen werden. Die Kammer 18 ist durch eine Leitung 17 mit der Leitung b und somit mit der Kammer 4 verbunden. Kammer 21 steht über einen Kanal 26 mit der Kammer 22 in Verbindung.
Eine Leitung 30 verbindet die Kammer 13 der Hauptsteuerventileinheit HV mit der Kammer 24 und eine Leitung 31 verbindet Kammer 16 mit Kammer 21. Kammer 23 ist durch eine Leitung 32 mit dem Steuerbehälter St verbunden.
Die beiden Membranen der Kammern 24 und 22 der Drucküberträgerventileinheit DV sind derart bemessen, dass der Zentralkörper 25 sich noch in der gezeichneten Endlage befindet, wenn in Kammer 24 der Stillstandsdruck herrscht, und dass der Zentralkörper 25 erst gehoben wird, wenn der in Kammer 24 herrschende Druck grösser als der Stillstandsdruck ist.
Die Wirkungsweise ist folgende : Beim Still- standsdruck ist las Ventil 19 geschlossen. Bei hoher Geschwindigkeit ist der Druck in Kammer
45 des Ventils DR grösser als der Stillstands- druck. Der Zentralkörper 25 wird infolge des in der Kammer 24 herrschenden gleichen Druckes nach oben bewegt und öffnet das Ventil 19, so dass die Kammer 4 über den Kanal 31 mit der
Kammer 16 verbunden ist. Wenn nun bei hoher
Geschwindigkeit durch Senkung des Druckes in der Hauptleitung H eine Bremsung eingeleitet wird, so bewegt sich der Zentralkörper 3 der
Hauptsteuerventileinheit HV nach oben, hebt das Ventil 11 von seinem Sitz ab, sodass Druckluft über die Leitung b in den Bremszylinder BZ einströmen kann. Gleichzeitig setzt sich der Druck im Bremszylinder auch nach Kammer 18 und, da das Ventil 19 geöffnet ist, über den Kanal 31 nach der Kammer 16 fort.
Der Druck in der Kammer 16 wirkt dem Druck in der Kammer 4 entgegen, so dass sich darin bzw. im Bremszylinder ein entsprechend höherer Druck einstellen muss, um das Gleichgewicht herzustellen. Die Membran der Kammer 16 ist so bemessen, dass nach einer Senkung des Druckes in der Hauptleitung von 5 Atm. auf 3-5 Atm. der volle Druck von der Kammer 45 bzw. aus dem Hilfsluftbehälter in den Bremszylinder BZ einströmen kann.
Mit Abnahme des Druckes in der Kammer 45 der Ventileinheit DR sinkt auch der Druck in
Kammer 24, wodurch der Zentralkörper 25 der Drucküberträgerventileinheit DV nach ab- wärts getrieben wird. Das Ventil 19 kommt auf seinen Sitz zu liegen. Das Ventil 29 öffnet sich und lässt Druckluft aus der Kammer 16 der Hauptsteuerventileinheit HV so lange ins
Freie entweichen, bis das Gleichgewicht der
Kräfte, welche auf den Zentralkörper 25 einwirken, wieder hergestellt ist. Dadurch wird das Ventil 29 wieder geschlossen.
Ist der Druck in der Kammer 45 der Druckregulierventileinheit DR auf den Stillstandsdruck gesunken, so bewegt sich der Zentralkörper 25 der Drucküberträgerventileinheit DV in seine Ruhestellung, wodurch die gesamte Druckluft aus der Kammer 16 der Hauptsteuerventileinheit HV ins Freie entweichen kann. Von nun an steht die Kammer 16 mit der Aussenluft in Verbindung.
Um nun zu vermeiden, dass bei Lokomotiven mit mehreren Bremszylindern für jeden solchen eine Steuerventileinheit vorgesehen werden muss, kann man bei der erfindungsgemässen Einrichtung für jeden Zylinder eine Druckübersetzerventileinheit vorsehen, welche bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung einerseits und die Leitung b und anderseits an den Hilfsluftbehälter HB angeschlossen ist. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt.
Jede Druckübersetzerventileinheit DU besteht aus einem Gehäuse g, in welchem ein Zentralkörper 80 achsial beweglich ist. Dieser ist durch zwei elastische Membranen m mit dem Gehäuse verbunden, so dass darin drei luftdicht voneinander getrennte Kammern 81, 82 und 83 gebildet werden. Der Zentralkörper 80 weist eine Bohrung 84 auf, welche im oberen Teil des Körpers achsial verläuft und deren obere Öffnung 85 in einer Kammer 91 gegenüber dem einstellbaren Teller 86 eines Ventils 87 steht. Dieses Ventil 87 weist einen zweiten Teller 88 auf und steht unter dem Einfluss einer Feder 89, so dass der Teller 88 normalerweise auf einem Sitz ruht und eine Kammer 90 luftdicht von der Kammer 91 abschliesst.
Die Kammer 91 ist durch eine Bohrung 92 mit der Kammer 83 und die Kammer 82 durch eine solche 93 mit der Aussenluft verbunden ;
Die Kammer 81 ist an die Leitung b, die Kammer 91 am Bremszylinder und die Kammer 90 an eine Leitung 94 angeschlossen. Diese letztere ist mit dem Hilfsluftbehälter HB verbunden.
Die Wirkungsweise ist nun folgende : Wird Druckluft durch die Leitung b der Kammer 81 zugeleitet, so wird der Zentralkörper 80 gehoben und schliesst zunächst den Kanal 84 gegen Kammer 91 ab. Dann hebt er das Ventil 88 von seinem Sitz ab, wodurch Druckluft aus dem Hilfsluftbehälter HB in Kammer 91 und von da in den Bremszylinder BZ einströmen kann, bis der Druck in den Kammern 83 und 91 gleich dem Druck in der Kammer 81 geworden ist.
Dann bewegt sich der Zentralkörper 80 abwärts und schliesst das Ventil 88, wodurch die weitere
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Luftzufuhr abgeschlossen wird. Wenn der Druck in der Kammer 81 erhöht wird, so wird das
Ventil 88 wieder geöffnet, bis Druckgleichheit in den Kammern 81, 83 und 91 eingetreten ist.
Wird der Druck in Kammer 81 gesenkt, so treibt der höhere Druck in Kammer 83 den
Zentralkörper 80 nach unten, der Kanal 84 wird geöffnet und es kann so lange Druckluft aus
Kammer 83 bzw. dem Bremszylinder BZ durch die Bohrung 93 ins Freie entweichen, bis wieder
Druckgleichheit zwischen den Kammern 81 und 83 eingetreten ist.
PATENTANSPRÜCHE : l. Automatische Druckluftbremseinrichtung für
Schnellzüge, in welcher der Bremsdruck eine
Funktion des in der Hauptleitung stattfindenden
Druckabfalls und der Fahrgeschwindigkeit ist, mit einem Steuerbehälter von konstantem Druck und einem Hilfsluftbehälter, der über eine vom
Führerbremsventil gesteuerte Hauptsteuerventil- einheit mit dem Bremszylinder in Verbindung gesetzt wird, wobei die Bremsdruckerhöhung in
Funktion der Fahrgeschwindigkeit mittels eines von einer Achse angetriebenen Stromerzeugers gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromagnet vorgesehen ist, dessen Kern auf ein Relais einwirkt, welches in Verbindung mit anderen Organen eine der Spannung des
Stromerzeugers entsprechende Druckerhöhung im Bremszylinder bewirkt.