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Elektropneumatische Bremseinrichtung, insbesondere für Schienenfahrzeuge
Bei Bremseinrichtungen von Schienenfahrzeugen ist es bekannt, eine Überwachungseinrichtung welche ein Steuerventil für die Bemessung des Bremszylinderdruckes wechselweise mit der Hauptluftleitung verbindet oder unter Abschluss von der letzteren entlüftet, elektrisch zu betätigen. Zu diesem Zweck wurde bisher eine elektromagnetische Einrichtung benutzt, deren Spulenwicklung in Abhängigkeit von der jeweiligen vom Lokomotivführer zu wählenden Spannung vom Strom durchflossen ist. Je nach der Grösse des Stromflusses ist die auf einen beweglichen Kern ausgeübte Kraft verschieden, der seinerseits auf die genannte Überwachungseinrichtung einwirkt.
Die Verwendung solcher Hubmagnete zu dem genannten Zweck bringt den schwerwiegenden Nachteil mit sich, dass deren Leistungsaufnahme für die Praxis untragbar hoch ist. Darüber hinaus besteht eine nicht lineare Abhängigkeit zwischen der erzeugten Kraft und der Stromstärke, was eine einwandfreie Funktion, insbesondere die exakte Bestimmung der erforderlichen Brems- und Lösestufen einer Bremseinrichtung, schwierig macht. Schliesslich besteht eine sehr nachteilige Abhängigkeit der erzeugten Kraft vom Luftspalt bei gleicher Erregung.
Dieselben Nachteile ergeben sich in mehr oder minder grossem Masse auch bei Bremseinrichtungen, bei denen, wie z. B. bei den sogenannten Solenoidbremsen, die Zugkraft des Hubmagneten unmittelbar zum Anpressen von Bremsbacken oder Bremsklötzen in einem Anhängerfahrzeug ausgenutzt wird, wobei die Magnetwicklung vom Bremsstrom des Triebfahrzeuges gespeist wird.
Allgemein ist zu sagen, dass die genannten Schwierigkeiten in jedem Fall auftreten, in welchem ein Hubmagnet zu Steuerzwecken oder auch zur unmittelbaren Erzeugung der Bremskraft ausgenutzt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Mittel zur spannungsabhängigen elektrischen Beeinflussung einer Bremseinrichtung zu schaffen, welche die genannten Nachteile vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einer elektropneumatischen Bremseinrichtung, insbesondere für Schienenfahrzeuge, bei welcher die jeweilige Bremskraft durch die Spannung und damit die Grösse des Stromflusses in einem Leiterkreis in der Weise überwacht wird, dass ein in diesem Kreis einbezogener Leiterabschnitt in einem Magnetfeld beweglich gelagert ist und im Zusammenwirken mit dem letzteren einen nach dem elektrodynamischen Prinzip wirkenden Geber für die Bremskraft bildet, dadurch gelöst,
dass das Magnetfeld durch gegenüber dem beweglichen Leiter ortsfeste Mittel erzeugt wird und der Leiter mit einem ausserdem von mindestens einem Überdruck in einer Druckluftbremse beeinflussten beweglichen System einer Überwachungseinrichtung kinematisch so verbunden ist, dass seine Bewegung auf diejenige zum Öffnen und Schliessen eines Ein- und Auslassventils beschränkt bleibt, das eine Kolbenkammer eines den Bremszylinder der genannten Druckluftbremse speisenden Steuerventils wechselweise mit einer Fülleitung verbindet oder unter Abschluss von dieser Fülleitung entlüftet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Weise dargestellt, welches die Anwendung der Erfindung zur Betätigung einer Überwachungseinrichtung, die dem Steuerventil einer Druckluftbremse vorgeschaltet ist, zeigt.
Gemäss der Figur ist auf einem Triebfahrzeug, dessen Trennung vom Anhängerfahrzeug durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist, eine Stromquelle 1 vorgesehen, die mit einem vom Lokomotivführer einstellbaren Widerstand 3 leitend verbunden ist. Von der Stromquelle 1 und dem Widerstand 3 führen Leitungen 5 bzw. 7 zu einem Anhängerfahrzeug, wo über Schleifkontakte 9, 11 (anstatt derselben könnten auch bewegliche Litzen verwendet werden) eine nur schematisch angedeutete Leiterschleife 13 angeschlossen ist, die sich im Feld eines Dauermagneten 15 dreht. Die Leiterschleife 13 ist, wie schematisch angedeutet, mechanisch mit einem Gestänge 17 verbunden, das an einem rohrförmigen Teil 19 einer Überwachungseinrichtung 21 für eine Druckluftbremseinrichtung angeschlossen ist.
Der rohrförmige Teil 19, welcher im Gehäuse der Überwachungseinrichtung 21 verschiebbar gelagert ist, trägt einen Kolben 23, der von einer Feder 24 belastet ist und der im Gehäuse einen Raum 25 von einem Raum 27 trennt. Das in der Zeichnung untere, offene Ende des rohrförmigen Teiles 19 dient als Auslasssitz für einen federbelasteten Ventilteller 29, der ausserdem mit einem konzentrisch um das Rohr 19 liegenden Einlasssitz 31 zusammenwirkt. Der Ventilteller 29 trennt bei seiner Auflage auf dem Ende der Hülse 19 den Raum 27 der Überwachungseinrichtung 21 von einer Auslassöffnung 35. Ausserdem verbindet oder
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trennt er bei seinem Zusammenspiel mit dem Sitz 31 die Räume 27 und 33.
Letzterer Raum ist mittels einer Leitung 37 an die über die Länge des Zuges sich erstreckende Fülleitung 39 der Druckluftbremse angeschlossen. Der Raum 27 der Überwachungseinrichtung 21 ist mittels einer Leitung 41 an einen Raum 43 und der Raum 25 mittels einer Leitung 45 an die Steuerkammer konstanten Druckes 47 eines Dreidrucksteuerventils 49 von üblicher Bauart angeschlossen. Die Räume 43 und 47 des Steuerventils sind mittels eines Kolbens 51 voneinander getrennt, der in seiner unteren Endlage unter Belastung durch eine Feder 53 mit einer Mittelöffnung 55 von einem Ventilteller 57 entfernt ist, so dass die beiden Räume 43 und 47 zwecks Füllung des letzteren miteinander verbunden sind.
Der Ventilteller 57 bildet das Ende einer Stange 59, die sich in einem rohrförmigen, beidseitig offenen Teil 61 foltsetzt, der im Gehäuse des Steuerventils 49 verschiebbar gelagert ist. Das untere offene Ende 63 des Rohres 61 mündet in einen einen Auslass besitzenden Raum des Steuerventils. Das obere offene Ende des rohrförmigen Teils 61 dient als Sitz für einen federbelasteten Ventilteller 67 und ist von einem weiteren, konzentrisch angeordneten Sitz 69 für diesen Ventilteller umschlossen, der zu einer Zwischenwand 71 gehört, die einen Raum 73 des Steuerventils 49 von einem weiteren Raum 75 trennt. In letzterem Raum ist eine Feder 77 vorgesehen, die einen Kolben 79 belastet, der vom rohrförmigen Teil 61 getragen wird.
Am Raum 75 mündet eine zu einem Bremszylinder 81 führende Leitung 83. Der Raum 73 ist mittels einer Leitung 85 mit einem Hilfsluftbehälter 87 verbunden, der durch eine Leitung 89 sowie ein Rückschlagventil 91 aus der Fülleitung 39 gefüllt wird. Die Bremseinrichtung des Triebfahrzeuges wird in vorliegendem Zusammenhang nicht näher beschrieben, sie kann die gleiche wie diejenige des Anhängerfahrzeuges oder auch von anderer Bauart sein. Ebenso sollen etwaige Überwachungsmittel, mit denen zwecks reiner Druckluftbremsung der Druck in der dann zur Hauptluftleitung werdenden Fülleitung 39 vom Lokomotivführer willkürlich geändert werden kann, unberücksichtigt bleiben.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende :
Im gelösten Zustand der Bremse ist der über den Widerstand 3 führende Stromkreis unterbrochen und die im Magnetfeld des Dauermagneten 15 liegende Leiterschleife 13 daher stromlos. Die Fülleitung 39 weist den höchsten Regeldruck auf, der, vermittelt über die Leitung 89 und das Rückschlagventil 91, auch im Behälter 87 herrscht. Der Druck in der Leitung 39 pflanzt sich über den Anschluss 37 in den Raum 33 der Überwachungseinrichtung 21 fort und gelangt von hier über das geöffnete Ventil 29 auch in den Raum 27. Dieser Raum ist mittels der Leitung 41 mit dem Raum 43 des Steuerventils 49 verbunden, so dass auch in letzterem der Höchstdruck herrscht.
Die Kraft der Feder 53 hält den Kolben 51 in seiner unteren Endlage, so dass die Steuerkammer 47 über das offene Ventil 55 gefüllt ist, wobei der Druck letzterer Kammer infolge der Verbindungsleitung 45 auch im Raum 25 der Überwachungseinrichtung 21 herrscht. Die Feder 24 hält das bewegliche System 19, 23 der Überwachungseinrichtung in seiner gezeigten Lage, in der das Ventil 29 geöffnet ist. Dieser Endlage der Teile entspricht die Stellung der mit denselben mechanisch gekuppelten stromlosen Leiterschleife 13.
Die Feder 77 im Dreidrucksteuerventil 49 hält den Kolben 79 und mit ihm den rohrförmigen Teil 61 in der aus der Zeichnung ersichtlichen Lage, in der das Ventil 67 unter Trennung der Leitung 85 von der Leitung 83 auf seinem Sitz 69 aufliegt, dagegen der Auslass 63, 65 für den Zylinder 81 geöffnet ist.
Zwecks Bremsung wählt der Lokomotivführer am Widerstand 3 eine bestimmte Stellung, wodurch an den Klemmen des die Leiterschleife 13 einbeziehenden Stromkreises eine dieser Stellung entsprechende Spannung und damit im Stromkreis ein Stromfluss von gewünschter Stärke entstehen. Die Richtung des Stromes in der Leiterschleife 13 sowie diejenige der Magnetkraftlinien sollen dabei solche sein, dass die Schleife 13 eine Ablenkung in der eingezeichneten Pfeilrichtung erfährt.
Die hiebei ausgeübte Kraft ist linear abhängig von der Stromstärke und das bewegliche System 19, 23 in der Überwachungseinrichtung 21 wird, unterstützt durch den im Raum 27 auf den Kolben 23 wirkenden Druck, gegen die Wirkung der Feder 24 sowie den im Raum 25 auf den Kolben 23 ausgeübten Druck nach oben bewegt, wobei es zum Abschluss des Ventils 29 am Sitz 31 sowie zum Abheben des rohrförmigen Teiles 19 vom Ventil 29 kommt.
Damit ist der Raum 27 von der Fülleitung 39 getrennt und wird über den Auslass 35 ins Freie entlüftet.
Die mit dieser Entlüftung verbundene Absenkung des Druckes führt schliesslich zu einem Zustand, in welchem der konstant gebliebene Druck im Raum 25 zusammen mit der Feder 24 das bewegliche System gegen die von der Leiterschleife 13 ausgeübte Kraft sowie den Restdruck im Raum 27 in eine Abschlussstellung zwingt, in der das Ventil 29 auf den beiden konzentrischen Sitzen aufliegt.
Die Druckabsenkung im Raum 27 erfolgt durch die Leitung 41 gleichzeitig auch im Raum 43 des Steuerventils 49, was das Kolbensystem des letzteren infolge der Wirkung des konstant gebliebenen Druckes in der Kammer 47 zu einer Aufwärtsbewegung unter Abschluss des Auslasses 63 und Abheben des Ventiltellers 67 vom Einlasssitz 69 veranlasst. Über diesen geöffneten Einlass wird der Bremszylinder 81 mit Druckluft aus dem Behälter 87 so lange gespeist, bis der im Raum 75 sich aufbauende Druck zusammen mit der Kraft der verschiedenen Federn das System in eine Abschlussstellung zwingt, in der beide Ventile wieder geschlossen sind und somit der Bremszylinderdruck gehalten wird. Die Bremskraft hat damit die gewählte Höhe.
Während all dieser Vorgänge ist die Leistungsaufnahme der Leiterschleife 13 ausserordentlich gering, so dass auch bei einer grösseren Zahl von parallel oder hintereinandergeschalteten Schleifen eine unzulässige Belastung der Stromquelle 1 auf jeden Fall vermieden bleibt.
Eine Erhöhung der Spannung durch Neueinstellung am Widerstand 3 bringt infolge des vergrösserten Stromflusses eine entsprechende Verstärkung der von der Schleife 13 in Pfeilrichtung ausgeübten Kraft
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mit sich, wodurch das Gleichgewicht in der Überwachungseinrichtung 21 gestört und das bewegliche System der letzteren von der Abschlussstellung unter Öffnen des Auslasses 35 wieder nach oben bewegt wird. Die Folge davon ist eine weitere Absenkung des Druckes im Raum 27 so lange, bis die beschriebenen Kräfte erneut die Abschlussstellung herbeiführen. Synchron mit der Druckabsenkung im Raum 27 erfolgt eine solche im Raum 43 des Dreidrucksteuerventils 49, was die Erhöhung des Druckes im Bremszylinder 81 bedingt.
Somit können durch schrittweise Spannungserhöhung an den Klemmen des Leiterkreises mehrere Bremsstufe mit dazwischenliegenden Abschlussstellungen bis zur Vollbremsung erzielt werden.
Der Hub des beweglichen Systems 19, 23 in der Überwachungseinrichtung 21 ist von der gleichbleibenden Abschlussstellung ausgehend, jedesmal nur so gross, dass sich die Verhältnisse am elektrodynamischen
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aus der Fülleitung 39 kann nun durch den Raum 33 und über das geöffnete Ventil 29 in den Raum 27 gelangen und zwar so lange, bis die in letzterem Raum auf den Kolben 23 wirkende Druckerhöhung zusammen mit der von der Leiterschleife 13 noch ausgeübten Kraft das System in die Löseabschlussstellung zurückbewegt, in welcher wieder beide Ventile geschlossen sind.
Der Druck im Raum 27 ist in gleicher Weise auch im Raum 43 des Dreidrucksteuerventils angestiegen und hat in seiner Wirkung auf den Kolben 51 das System 61, 79 zu einer Abwärtsbewegung unter Öffnen des Auslasses 63 veranlasst, bis auch hier die Teile infolge des Absinkens des Bremszylinderdruckes und damit der im Raum 75 auf den Kolben 79 ausgeübten Kraft wieder in eine Abschlussstellung gelangen. Bei weiterer Verringerung der Stromstärke im Leiterkreis wiederholen sich die Vorgänge, bis es schliesslich zur Vollösung kommt, in welcher der Kolben 51 die Öffnung 55 gegenüber dem Ventilteller 57 zwecks etwaigen Nachspeisens der Räume 47 und 25 wieder freigegeben hat. Die einzelnen Teile nehmen erneut ihre aus der Figur ersichtliche Stellung ein.
Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient der nach dem elektrodynamischen Prinzip wirkende Kraftgeber 13, 15 zur Steuerung des Druckluftteiles und bildet daher einen mittelbaren Geber für die Bremskraft.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann ausser bei dem gezeigten Beispiel auch in allen andern Fällen mit den gleichen Vorteilen angewendet werden, in denen eine in ihrer Grösse von einer gewählten Spannung und damit Stromstärke abhängige Steuerkraft gebraucht wird.
Sowohl bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel als auch in andern Anwendungsfällen können anstatt von Dauermagneten Elektromagnete zur Erzeugung des Feldes verwendet werden und ausserdem ist es möglich, den stromdurchflossenen Leiter parallelbeweglich im Magnetfeld anzuordnen. Auch sind die Länge des stromdurchflossenen Leiters, seine Windungszahl usw. den jeweiligen Betriebsbedingungen anzupassen.
PATENT ANSPRÜCHE :
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jeweilige Bremskraft durch die Spannung und damit die Grösse des Stromflusses in einem Leiterkreis in der Weise überwacht wird, dass ein in diesen Kreis einbezogener Leiterabschnitt in einem Magnetfeld beweglich gelagert ist und im Zusammenwirken mit dem letzteren einen nach dem elektrodynamischen Prinzip wirkenden Geber für die Bremskraft bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld durch gegenüber dem beweglichen Leiter ortsfeste Mittel erzeugt wird und der Leiter (13) mit einem ausserdem von mindestens einen Überdruck in einer Druckluftbremse beeinflussten beweglichen System (19, 23) einer Überwachungseinrichtung (21) kinematisch so verbunden ist, dass seine Bewegung auf diejenige zum Öffnen und Schliessen eines Ein- und Auslassventils (29, 31) beschränkt bleibt,
das eine Kolbenkammer eines den Bremszylinder der genannten Druckluftbremse speisenden Steuerventils wechselweise mit einer Fülleitung verbindet oder unter Abschluss von dieser Fülleitung entlüftet.
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