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Die Erfindung betrifft einen Bremskraftregler zum feinfühligen Abstufen der Bremskraft in Abhängigkeit von der Belastung eines Fahrzeuges, der zwischen einem Bremssteuerventil und zumindest einem
Radbremszylinder angeordnet ist und der einen vom Steuerventildruck beaufschlagbaren Arbeitskolben aufweist, welcher auf ein mit einem Doppelventilkörper versehenes Relaisventil wirkt, dessen Kammer wahlweise mit einer
Druckmittelquelle oder der Atmosphäre bzw. einem Druckmittelrücklauf verbindbar ist, wobei der in der
Ventilkammer herrschende Bremsdruck auf die aktive Oberfläche eines Gegendruckkolbens wirkt und wobei der
Arbeitskolben dem Gegendruckkolben über ein zwischengeschaltetes mechanisches Gestänge in Abhängigkeit von der Fahrzeugbelastung entgegenwirkt.
Bekannte Bremskraftregler für Schienenfahrzeuge weisen einen Arbeitskolben auf, welcher dem vom
Bremsverteiler bzw. Bremshahn abgegebenen Druck ausgesetzt ist. Dieser Arbeitskolben wirkt über ein
Schubelement auf ein mit zwei Ventilkörpern versehenes Steuerventil, durch welches das Bremsorgan mit einer
Hilfsdruckquelle verbunden wird. Ein Gegendruckkolben ist mechanisch mit dem Schubelement verbunden, welches demzufolge eine Abtrennung bzw. Verbindung mit dem Bremsorgan ermöglicht. Bei einigen dieser
Bremskraftregler stellt die Verbindungsstange des Arbeitskolbens das Schubelement dar.
Ein anderer bekannter Bremskraftregler der gleichen Type weist einen Zusatzkolben auf, welcher auf den
Gegendruckkolben in Richtung des in der Ventilkammer herrschenden Druckes wirken kann, sobald dieser Druck die Kraft einer Anlauffeder übersteigt, um bei geringen Bremsdrücke ein rasches Ansprechen der Bremse zu erzielen.
Es ist das Ziel der Erfindung, einen Bremskraftregler zu schaffen, bei welchem das Verhältnis der Drücke zwischen dem Steuerdruck und dem Ausgangsdruck sehr gross ist, wobei jedoch die Querschnittsflächen des
Arbeits- und Gegendruckkolbens relativ benachbart sind. Dabei soll mit Hilfe einer Anlaufvorrichtung bei geringem Steuerdruck der Bremsregler einen Minimal-Bremsdruck liefern, welcher Druck sich zwischen be- und unbelastetem Fahrzeug wenig ändert und genügend gross ist, um alle Rückfederungs-und Reibungskräfte der
Bremsen zu übersteigen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Gegendruckkolben mit einem koaxialen
Korrekturkolben, dessen wirksame Kolbenfläche veränderbar ist, starr verbunden ist, der zusammen mit dem
Gegendruckkolben eine Zwischenkammer umschliesst, die ebenso wie der Arbeitskolben, vom Steuerventildruck beaufschlagbar ist, wobei die grösste wirksame Kolbenfläche des Korrekturkolbens grösser als die Kolbenfläche des Gegendruckkolbens und in der Wirkung ihrer aktiven Oberfläche über einen mit dem Korrekturkolben zusammenwirkenden Anlaufmechanismus bis zum Erreichen eines bestimmten minimalen Bremsdruckes verminderbar ist und wobei der Anlaufmechanismus eine ausserhalb der Zwischenkammer angreifende Feder aufweist, welche in der Öffnungsrichtung des Doppelventilkörpers über ein gegen einen Anschlag bewegbares Wegbegrenzungselement auf den Korrekturkolben drückt.
Erfindungsgemäss ist bei einer andern vorteilhaften Ausgestaltung eines Bremskraftreglers der eingangs genannten Art der Gegendruckkolben mit dem Arbeitskolben koaxial angeordnet und fest verbunden und der Arbeitskolben weist in an sich bekannter Weise eine Membran auf, deren aktive Oberfläche in Abhängigkeit von der Belastung des Fahrzeuges dadurch veränderbar ist, dass die Membran des Arbeitskolbens entlang ihres Umfanges an einem dem Steuerdruck ausgesetzten Haltekolben befestigt ist, welcher eine hohlkonische Auflagefläche für die Membran aufweist, die in Richtung des auf den Haltekolben wirkenden Druckes konisch verjüngt verläuft, wobei der Haltekolben verschiebbar, jedoch abgedichtet innerhalb einer Bohrung des Bremsreglergehäuses angeordnet und auf einem Anschlag abgestützt ist,
dessen axiale Position in bezug auf den Haltekolben in Abhängigkeit von der Belastung des Fahrzeuges veränderbar ist. Auf Grund einer derartigen Ausgestaltung werden die Herstellungskosten des Bremskraftreglers vermindert ; gleichzeitig wird das Volumen eines derartigen Bremskraftreglers vermindert, wogegen die Ansprechzeit kürzer wird ; um eine Verschiebung der Anschlagorgane zu erreichen, können jedoch auch drehbare Hebel verwendet werden.
Der Anschlag ist gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ein Keil, welcher mit einer geneigten Fläche an einer gleichsinnig geneigten Gegenfläche des Haltekolbens anliegt. Die Neigung ist vorzugsweise kleiner als der Reibungswinkel, so dass der Keil gegenüber dem Haltekolben eine irreversible Verschiebbarkeit aufweist. Dadurch kann eine Steuerung in Abhängigkeit von der auftretenden Belastung mit Hilfe eines Wägedruckes erreicht werden, indem die aktive Oberfläche der Membran verändert wird, wobei jedoch verhindert wird, dass der Steuerdruck auf die Wägeeinrichtung einwirkt, welche sich zum Zeitpunkt der Bremsung automatisch verriegelt.
Im Rahmen der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind verschiedene Abwandlungen möglich.
Der Ausdruck "Kolben" bezeichnet alle äquivalenten Mittel, wie elastische Membranen oder zum Teil mit starren, zum Teil mit elastischen Elementen versehene Diaphragmen. Das Steuerventil kann einen einzigen Ventilkörper aufweisen, welcher über einen Ventilsitz von dem Schubelement beeinflusst ist, um die drei Funktionen eines Steuerventils, d. h. die Verbindung mit einer Druckmittelquelle, die Verbindung mit einer Druckmittelabgabe und eine vollkommene Abtrennung, zu erreichen. Der Anlaufmechanismus kann mit dem Korrekturkolben und/oder dem Gegendruckkolben auf verschiedenste Weise verbunden sein. Die Beeinflussung der aktiven Oberfläche der Membran in Abhängigkeit von der Belastung kann von Hand aus und/oder
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diskontinuierlich durchgeführt werden.
Die Steuerung in Abhängigkeit von der Belastung kann ebenfalls definitiv durchgeführt werden, um beispielsweise ein existierendes bzw. in Fahrzeugen bereits eingebautes Bremssystem entsprechend der Belastung der Achsen oder der Räder durchzuführen. Die Steuerung in Abhängigkeit von der Belastung kann durch eine Steuerung in Abhängigkeit von einem andern kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Parameter durchgeführt werden, welcher eine Veränderung der Bremsdrücke erforderlich macht. Derartige Parameter können beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeuges oder die Haftfähigkeit gegenüber dem Boden bzw. der Schiene sein.
Die Erfindung ist an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen ist. Es zeigen die Fig. 1 bis 3 seitliche schematische Schnittansichten von drei verschiedenen Ausführungsformen gemäss der Erfindung.
Der in Fig. 1 dargestellte Bremskraftregler dient beispielsweise für Bremseinrichtungen bei Schienenfahrzeugen. Dieser Bremskraftregler ist zwischen einem Bremsverteiler bzw. einem dreifachen Ventil für die Abgabe eines der Steuerung dienenden Steuerdruckes und einem oder mehreren Bremsorganen, beispielsweise einem Bremszylinder, angeordnet.
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dem Inneren des Gehäuses-l-in Verbindung steht und über eine Eingangsleitung --4-- mit einem nicht dargestellten Bremsverteiler verbunden ist. Das Gehäuse--l--ist ferner über eine Ausgangsleitung --5-- mit
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einer Ventilkammer--20--des Steuerventils--19--gelagert ist, welches über eine mit einem Ventilsitz --22-- versehene Wandung von der Kammer--18--getrennt ist.
Die Kammer --18-- ist über eine Leitung --27-- mit der Ausgangsleitung --5-- und dem Bremszylinder--6--verbunden, wogegen die Ventilkammer --20-- über eine Leitung --35-- mit einer Druckmittelquelle verbunden ist, die beispielsweise ein Drucklufthilfsbehälter des mit einem Bremskraftregler versehenen Fahrzeuges sein kann.
Der Gegendruckkolben--13--begrenzt innerhalb des Gehäuses--l--des Bremskraftreglers eine Gegendruckkammer--23--, welche über eine Verengung --26-- mit dem Bremszylinder --6-- und der
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Zwischenkammer-24-,--7--, um auf der einen Seite eine Abdichtung gegenüber der Kammer--32--zu erreichen, welche mit der Bohrung --3-- und damit der Eingagsleitung --4-- verbunden ist. Die unterhalb des Kolbens--7-- vorhandene Kammer--33--ist auf der andern Seite über einen Kanal --34-- nmit der Aussenatmosphäre verbunden. Innerhalb der Kammer --3-- ist ferner eine Rückholfeder --31-- für den Kolben--7-vorgesehen.
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Kraft einer Rückholfeder --38-- ausgesetzt.
Der Schlitten --36-- ist innerhalb der Kammer-39- angeordnet, welche über einen Kanal --40-- mit der Aussenatmosphäre verbunden ist. Der Schlitten-36wirkt über den doppelarmigen Hebel-9, 10-auf die beiden Stangen-8, 12-.
Der erfindungsgemässe Bremskraftregler ist mit einem Mechanismus versehen, welcher anfänglich die Zufuhr grosser Druckmittelmengen über die Ausgangsleitung --5-- zu dem Bremszylinder --6-- ermöglicht, bis ein bestimmter Druck erreicht ist, so dass ein rasches Anlegen der Bremsbacken an die Räder des Fahrzeuges gewährleistet ist.
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Dieser Anlaufmechanismus vermindert die aktive Oberfläche des Korrekturkolbens--14--mit Hilfe eines einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden Ringes, dessen Arbeitsfläche in Berührung mit einer Membran - des Korrekturkolbens-14-steht. Zwischen dem Gehäuse-l-und dem innerhalb der
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-25-- angeordnetenTeil --45a-- des Ringes zum Aufliegen kommt. Der Ring besteht aus einem Ringteil--45--, dessen obere gekrümmte Fläche an der Membran--14a--anliegt, wogegen die untere flache Oberfläche in Berührung mit der Ringschulter --47-- des Korrekturkolbens --14-- steht.
Ein einen L-förmigen Querschnitt aufweisender Ringteil --44-- wird mit Hilfe der Feder --46-- gegen den Ringteil-45-gedrückt, während ein nach aussen vorragender Ringansatz --48-- gegen eine Ringschulter --49-- des Gehäuses --1-- zum Anliegen gelangen kann.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemässen Bremskraftreglers ist der Arbeitskolben --7-- koaxial zu den Kolben--13, 14-angeordnet. Jene Elemente, welche gegenüber der Ausführungsform von Fig. 1 dieselbe Funktion ausüben, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die drei Kolben--7, 13 und 14-- sind an einer gemeinsamen Stange--60--befestigt. Eine ringförmige Membran - verbindet innerhalb einer in dem Gehäuse --1-- angeordneten Ausnehmung den Arbeitskolben --7-- mit einem verschiebbaren Haltekolben-62-.
Der Haltekolben-62-weist eine Auflagefläche
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auf,--62-- liegende Kammer--71--, welche über eine innerhalb des Haltekolbens--62--angeordnete Bohrung --72-- und eine innerhalb des Gehäuses --1-- angeordnete Bohrung --73-- mit der Aussenatmosphäre verbunden ist. Der Kolben--37--verschiebt sich abgedichtet innerhalb einer zylindrischen
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--68-- undSteuerventils --19-- getrennt oder mit ihr verbunden, je nachdem, ob der Doppelventilkörper auf einem an der Stange--60--befestigten Ventilsitz--77--in Auflage gelangt.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform eines Bremskraftreglers wirkt der Arbeitskolben--7-direkt auf das Doppelsitzventil, welches von den beiden Kolben--13 und 14--getrennt ist. Ein in Abhängigkeit von der Belastung veränderliches übertragungssystem verbindet die aus dem Gegendruckkolben --13- und dem Korrekturkolben--14--bestehende Einheit mit einer Stange --81-- des Arbeitskolbens --7--. Diese Stange --81-- wirkt auf das Doppelsitzventil, welches beispielsweise identisch mit dem von Fig. 2 ist. Die Stange --81-- des Arbeiskolbens --7-- und eine Verbindungsstange --80-- der beiden Kolben--13, 14--wirken jeweils auf einen Arm--9, 10--des doppelarmigen Hebels, der mit seiner Schwenkachse --11-- auf einem Schlitten --84- gelagert ist.
Der Arm --10-- durchdringt eine Ausnehmung --82-- innerhalb der Stange-81--, wogegen der Arm --9-- eine Ausnehmung --83-innerhalb der Stange--80--durchquert. Der Schlitten--84--ist mit einem Gleitschuh--85--versehen,
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beaufschlagt ist, dessen Druck im wesentlichen proportional dem Gewicht des Fahrzeuges ist. Auf Grund der Druckbeaufschlagung des Druckmittels auf den Kolben --37-- wird eine Rückholfeder --88-zusammengedrückt.
Die Funktionsweise der erfindungsgemässen Bremsregler soll nunmehr erörtert werden, u. zw. vorerst ohne die Wirkung der Anlaufvorrichtung.
Solange bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform nur innerhalb der Eingangsleitung --4-- und demzufolge der Bohrung --3-- und den Kammern--32 und 24-- Druck vorhanden ist, befindet sich der über die Ausgangsleitung-5--mit der Kammer --18-- verbundene Bremszylinder -6-- auf Atmosphärendruck, wobei eine Entladung über die Hohlstange--12--stattfindet.
Wenn der Bremsverteiler
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bzw. die Bremshähne einen Steuerdruck-P-über die Eingangsleitung --4-- zuführen, dann wird dieser Steuerdruck sofort den Kammern-32 und 24-zugeführt. Der Kolben --7-- wird somit betätigt, wodurch über die Stange --8-- und über die Arme-9 und 10-des auf der Schwenkachse --11-- gelagerten doppelarmigen Hebels die Hohlstange-12-betätigt wird. Der in der Zwischenkammer --24-- herrschende Druck wirkt gleichzeitig auf die Kolben-13 und 14--, so dass auf die Hohlstange --12-- eine Kraft
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l dargestellten--21-- des Doppelsitzventils von seinem Ventilsitz --22-- abgehoben wird.
Der Bremszylinder --6-- wird demzufolge mit der Druckmittelquelle verbunden, wobei der in der Kammer --18-- und im Bremszylinder - herrschende Druck zunimmt, bis der in der Gegendurckkammer --23-- herrschende, auf den Gegendruckkolben--13--wirkende Druck sowie der Druck auf die Differenzfläche in der Kammer--24-- den auf den Arbeiskolben --7-- wirkende Steuerdruck ausgleicht. Eine Erhöhung des Steuerdruckes erzeugt ein erneutes öffnen des Einlassventilkörpers --21-- und damit eine Erhöhung des von dem Bremsregler abgegebenen Bremsdruckes. Eine Verminderung des Steuerdruckes bewirkt eine Verschwenkung des Armes --9-- und damit eine Verschiebung der Hohlstange-12-.
Der Ventilsitz --15-- hebt somit von dem
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der Eingangsleitung --4-- zugeführte Steuerdruck --P-- wird somit in einen Bremsdruck transformiert, welcher konstant proportional dem Steuerdruck ist.
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herrschende, zur Belastung des Fahrzeuges proportionale Druck seinen Maximalwert erreicht, sind der Kolben --37-- und damit ebenfalls der Schlitten --36-- gegen die Kraft der Feder --38-- vollständig nach rechts verschoben.
Wenn beispielsweise angenommen wird, dass in diesem Fall das Verhältnis der aktiven Längen der Arme-10 und 9-gleich zwei ist, und wenn die aktiven Oberflächen --S-- der Kolben --7 und 13-gleich gross sind, wogegen die aktive Oberfläche des Kolbens --14-- doppelt so gross wie die der Kolben-7 und 13--ist, dann ergibt sich, dass die Hohlstange --12-- über die Arme--9 und 10--von dem
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--7-- undzugeführte Bremsdruck bei Vernachlässigung der Reibungskräfte gleich dem Steuerdruck ist.
In dem Fall jedoch, in welchem der innerhalb der Kammer --41-- herrschende Druck einen Minimalwert aufweist, ist der Kolben --37-- unter der Wirkung der Feder-38-vollständig nach links geschoben. Wenn man nunmehr annimmt, dass in diesem Fall das Verhältnis der Längen der Arme--9 und 10-gleich 1, 1 ist, dann ist die gesamte Kraft, welche durch den in den Kammern-32 und 24--
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Dieses Resultat wird mit Hilfe einer sehr geringen Veränderung der aktiven Längen der Arme--9 und 10--erreicht, indem ihre Längenverhältnisse zwischen den Grenzen von 2 und 1, 1 variieren. Diese sehr wesentliche Eigenschaft des Bremsreglers gemäss der Erfindung ermöglicht die Erzielung einer grossen Empfindlichkeit der Arbeitsweise des Schlittens --36-- mit einem doppelarmigen Hebel, dessen Arme--9 und 10-niemals im Bereich der Schwenkachse --11-- in Berührung mit den Stangen-8 und 12-gelangen.
Die Wirkung der Anlaufvorrichtung ist folgende :
Sobald die Kammern-32 und 24-nicht mit dem Steuerdruck beaufschlagt sind, drückt die Feder --46-- den Ringteil --44-- nach oben, so dass derselbe mit seinem Ringansatz --48-- an der Ringschulter-49-des Gehäuses-l-zum Anliegen gelangt. Der Ringteil-44-stösst seinerseits wieder den Ringteil --45-- nach oben, so dass letzterer von der Ringschulter --47-- des Korrekturkolbens - abhebt. Die elastische Membran --14a-- wird dabei nach oben gedrückt, wodurch der Korrekturkolben --14-- mitgeführt wird. Dadurch wird die Hohlstange --12-- in Berührung mit dem
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Ventilkörper des Doppelsitzventils gebracht.
Die Elastizität der Membran--14a--ist derart gewählt, dass die von der Hohlstange--12--auf den Ventilkörper ausgeübte Kraft die durch die Rückholfeder des Doppelsitzventils bewirkte Kraft überwinden kann. Sobald die Kammern--32 und 24--von einem geringen Steuerdruck beaufschlagt werden, ist der aktive Querschnitt des Korrekturkolbens--14--gering. In diesem Fall entspricht der aktive Querschnitt im wesentlichen der Auflagefläche der Membran--14a--auf dem nach
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Ringteiles--45--.Ringteiles--45--auf der Ringschulter--47--des Korrekturkolbens--14--zum Anliegen gelangt.
Der aktive Querschnitt des Korrekturkolbens --14- steigt somit bis zu seinem Maximalwert an, ohne dass der Einfluss der Feder --46-- unterbrochen wird, welche in'Richtung einer Öffnung des Einlassventils innerhalb des Gehäuseteiles --19-- wirkt. Die Wirkung der Feder--46--ist somit für alle Steuerdrücke oberhalb des Schwellwertes gleich einer konstanten Kraft, welche auf die Hohlstange --12-- ausgeübt ist. Dieses entspricht einem konstanten Druck, welcher zusätzlich zu dem Druck des dargestellten Bremskraftreglers entsprechend einem dem Steuerdruck proportionalen Wert in Abhängigkeit von der Belastung abgegeben wird.
Wenn dieser konstante Wert gleich dem Druck zum Anlegen der Bremsbeläge an die Räder gewählt ist, dann ist der von den Bremsbelägen auf die Räder ausgeübte Druck im wesentlichen proportional dem über die Eingangsleitung --4-- geleiteten Steuerdruck und der Belastung des Fahrzeuges. Dieser konstante Druck, welcher als "Anlegedruck" bezeichnet wird, ist derselbe für belastete und entlastete Fahrzeuge. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass es bei einem unbeladenen Fahrzeug vorkommen kann, dass bei schwacher Bremsbetätigung nicht die Gesamtheit des konstanten Druckes gleich dem Druck des Andrückens der Bremsbeläge ist, weil das Verhältnis der Arme--9 und 10--sehr gering ist.
Der Führer eines Fahrzeuges, bei welchem der konstante Druck im ersten Moment zu hoch ist, kann jedoch ein Blockieren der Räder eines entladenen Fahrzeuges während der Bremsung dadurch vermeiden, dass die Bremse nur sehr schwach betätigt wird.
Der Anlaufmechanismus des Bremskraftreglers ermöglicht einen relativ schnellen Anstieg des Bremsdruckes bis zu einem konstanten Wert, so wie er bereits definiert worden ist. Mit Hilfe des in Fig. 1 dargestellten Bremskraftreglers wird dieser rasche Druckanstieg reproduzierbar erzeugt, wobei die Geschwindigkeit des Druckanstieges von dem Verhältnis der Arme--9 und 10--abhängt. Falls der Einfluss der effektiven Länge
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aufweist.
In einem solchen Fall, solange die Feder--46--den Ring (gebildet durch die Ringteile-44 und 45--) bei Berührung des ortsfest angeordneten Anschlages mit dem Gehäuse des Bremsreglers zurückstösst, gibt dieser einen Bremsdruck ab, der lediglich von dem aktiv gebliebenen Mittelteil des Gegendruckkolbens kontrolliert wird, wobei dieser eine wertlose Oberfläche aufweisen kann, und in diesem letzteren Fall gibt der Bremskraftregler plötzlich den maximalen Anlaufdruck ab, der von einem stufenweise fortschreitend zusätzlichen Druck gefolgt ist, der einen Druck oder einem Steuerdruck bzw. einer Steuerkraft proportional ist.
Der Fachmann hat selbstverständlich Zugang zu den zur Ausführung des Anlaufsmechanismus notwendigen Mitteln, die den in Fig. l beschriebenen äquivalent sind. Diese Mittel können beispielsweise aus einem verschiebbaren Kolben bestehen, der abgedichtet auf der Hohlstange --12-- vorgeshen und (z. B. durch eine Membran) abgedichtet mit dem Gehäuse des Bremskraftreglers verbunden ist. Dieser Kolben, der an derselben Stelle wie der Kolben--14--angebracht wird, kann z. B. einerseits auf dem Gehäuse des Bremskraftreglers anstossen, solange dieser nicht den minimalen Anlaufdruck abgibt, und anderseits auf der Hohlstange--12-anstossen, sobald der vom Bremskraftregler abgegebene Anlaufdruck ausreichend ist, um die Vorspannung der Feder--46--zu überwinden.
Bei einer solchen Montierung auf einem Bremskraftregler mit drei Kammern (Arbeit, Gegendruck und Korrektur) auf den Korrekturkolben--14--in Anwendung gebracht, erfolgt die Verschiebung des Anlaufmechanismus von der Anschlagstellung auf dem Gehäuse des Bremskraftreglers zur Anschlagstellung auf der Hohlstange -12-- nur dann, wenn der über die Eingangsleitung --4-- zugeführte Steuerdruck ausreichend ist, um den Gegendruck der Feder--46--zu überwinden. Solange der Gegendruck der Feder--46--nicht überwunden ist, gibt der Bremskraftregler mit drei Kammern an die Ausgangsleitung
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--5-- einen Druck ab, der im wesentlichen mit dem von der Eingangsleitung --4-- zugeführten Steuerdruck gleich ist.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform kann mit koaxialen Arbeits- und Gegendruckkolben versehen sein. In diesem Fall müssen zwischen dem Arbeitskolben --7-- und dem Korrekturkolben --14-- zwei Hebel vorgesehen sein, deren gemeinsamer Schwerpunkt in Abhängigkeit von der Belastung verändert wird. Der Arbeitskolben --7-- und der Korrekturkolben --14-- sind somit mit Hilfe von vier Hebelarmen miteinander verbunden, deren aktive Längen gleichzeitig in Abhängigkeit von der Belastung verändert werden. Eine derartige Ausführungsform führt zu einer Verminderung des Durchmessers des Bremskraftreglers.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform weist ein Steuerventil auf, dessen Doppelventilkörper mit einem Kanal verbunden ist, der in die Atmosphäre bzw. zu einer Druckmittelabgabe führt. Bei diesem Brennkraftregler sind der Gegendruckkolben--13--und der Korrekturkolben--14--ähnlich wie bei der Ausführungsform
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dies in Fig. 2 angedeutet ist. Sobald die Kammern --63 und 24--einem Steuerdruck ausgesetzt sind und sobald die aktive Oberfläche des Arbeitskolbens--7--grösser als die Differenz der aktiven Oberflächen der Kolben --13 und 14--ist, liefert das Steuerventil --19-- einen Bremsdruck, welcher im wesentlichen proportional zum Steuerdruck, dividiert durch ein konstantes Verhältnis, ist.
Sobald die Eingangsleitung --4-- einem Steuerdruck ausgesetzt wird, kann der Haltekolben-62-- nicht in Kontakt mit dem Keil--64--stehen. In diesem Fall wird der Haltekolben --62-- durch den innerhalb der Kammer--63--herrschenden Druck zurückgeschoben, wobei der Haltckolben --62-- mit seiner geneigten Fläche-66--in Berührung mit der entsprechenden geneigten Oberfläche --65-- des Keiles - gelangt. Dieser ist jedoch hinsichtlich seiner Position auf Grund der auftretenden Reibungskräfte blockiert. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass eine ähnliche Blockierung der Position während des Bremsens an dem Schlitten--36-des in Fig. 1 dargestellten Bremsreglers stattfindet.
Wenn der Winkel der geneigten Fläche --65-- in bezug auf die Achse des Kolbens --37-- kleiner als der örtliche Reibungswinkel gewählt wird, dann verändert der Druck des Haltekolbens --62-- auf dem Keil --64-- nicht die relative Einstellung des Kolbens --37-- in bezug auf die Rückholfedern --75 und 68--. Sobald die Belastung des Fahrzeuges zunimmt, verschiebt sich der Kolben --37-- gemäss Fig. 2 nach links, wobei der Keil-64-
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abgegebenen Bremsdrücke erhöhen sich somit in Abhängigkeit von der Belastung.
Wenn dieselben Oberflächenverhältnisse der Kolben--7, 13 und 14--, wie bei der Ausführungsform von Fig. l, aufrechterhalten werden, dann genügt es, zur Veränderung der Bremsdrücke über einen Bereich von 1 : 10 zwischen einem leeren Fahrzeug und einem voll belasteten Fahrzeug, wenn die aktiven Oberflächen des Arbeitskolbens--7--zwischen den Werten von 1, 1 und 2 verändert werden, was jedoch relativ leicht mit Membranen hoher Widerstandsfähigkeit und Elastizität erreicht werden kann.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden. Die Steuerung der Verschiebung des Keiles kann mit Hilfe einer mechanischen Steuerung erreicht werden, welche direkt mit der Aufhängung des Fahrzeuges verbunden ist. Der Keil --64-- kann ebenfalls durch eine drehbare Nocke ersetzt werden, welche auf einer Achse des Bremskraftreglers gelagert ist. Die der Positionierung des Haltekolbens--62--beschriebene Anordnung kann ebenfalls durch einen Leerlastkolben ersetzt werden, dessen Durchmesser grösser als der des Haltekolbens --62-- ist, mit welchem er bei koaxialer Anordnung einstückig verbunden ist.
Der Belastungskolben --37-- kann in Verbindung mit dem Gehäuse --1-- des Bremsreglers und dem Haltekolben --62-- eine ringförmige Kammer umschliessen, welche einem
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The invention relates to a braking force regulator for the sensitive graduation of the braking force as a function of the load on a vehicle, which is between a brake control valve and at least one
Wheel brake cylinder is arranged and which has a working piston which can be acted upon by the control valve pressure and which acts on a relay valve provided with a double valve body, the chamber of which is optionally provided with a
Pressure medium source or the atmosphere or a pressure medium return can be connected, the in the
Brake pressure prevailing in the valve chamber acts on the active surface of a counter-pressure piston and the
Working piston counteracts the counter pressure piston via an interposed mechanical linkage depending on the vehicle load.
Known brake force regulator for rail vehicles have a working piston, which is from the
Brake distributor or brake tap is exposed to the pressure delivered. This working piston acts on a
Thrust element on a control valve provided with two valve bodies, through which the braking member with a
Auxiliary pressure source is connected. A counter-pressure piston is mechanically connected to the thrust element, which consequently enables a separation or connection with the braking element. With some of these
The brake force regulator is the connecting rod of the working piston and the thrust element.
Another known brake force regulator of the same type has an additional piston, which on the
The counter-pressure piston can act in the direction of the pressure prevailing in the valve chamber as soon as this pressure exceeds the force of a starting spring in order to achieve a rapid response of the brake at low brake pressures.
It is the aim of the invention to provide a brake force regulator in which the ratio of the pressures between the control pressure and the output pressure is very large, but the cross-sectional areas of the
Working and counter pressure pistons are relatively adjacent. With the help of a start-up device, the brake regulator should deliver a minimum brake pressure at a low control pressure, which pressure changes little between the loaded and unloaded vehicle and is sufficiently large to absorb all springback and friction forces
Exceeding brakes.
According to the invention, this is achieved in that the counter-pressure piston has a coaxial
Correction piston, whose effective piston area can be changed, is rigidly connected to the
The counter-pressure piston encloses an intermediate chamber, which, like the working piston, can be acted upon by the control valve pressure, the largest effective piston area of the correction piston being larger than the piston area of the counter-pressure piston and in the effect of its active surface via a start-up mechanism that interacts with the correction piston until a certain minimum brake pressure is reached can be reduced and wherein the start-up mechanism has a spring which acts outside the intermediate chamber and which presses on the correction piston in the opening direction of the double valve body via a path limiting element which can be moved against a stop.
According to the invention, in another advantageous embodiment of a brake force regulator of the type mentioned at the outset, the counter-pressure piston is arranged coaxially with the working piston and is firmly connected and the working piston has, in a manner known per se, a membrane, the active surface of which can be changed depending on the load on the vehicle, that the diaphragm of the working piston is attached along its circumference to a holding piston which is exposed to the control pressure and which has a hollow conical bearing surface for the diaphragm which tapers conically in the direction of the pressure acting on the holding piston, the holding piston being displaceable but sealed within a bore of the Brake regulator housing is arranged and supported on a stop,
whose axial position with respect to the retaining piston can be changed as a function of the load on the vehicle. Due to such a configuration, the manufacturing costs of the brake force controller are reduced; at the same time, the volume of such a brake force regulator is reduced, whereas the response time is shorter; in order to achieve a displacement of the stop members, however, rotatable levers can also be used.
According to an advantageous embodiment of the invention, the stop is a wedge which rests with an inclined surface on a counter surface of the holding piston inclined in the same direction. The inclination is preferably smaller than the angle of friction, so that the wedge has an irreversible displaceability with respect to the retaining piston. As a result, a control can be achieved as a function of the occurring load with the aid of a weighing pressure by changing the active surface of the membrane, but preventing the control pressure from acting on the weighing device, which automatically locks at the time of braking.
Various modifications are possible within the scope of the various embodiments of the invention.
The term "piston" denotes all equivalent means, such as elastic diaphragms or diaphragms partly provided with rigid, partly with elastic elements. The control valve can have a single valve body, which is influenced by the thrust element via a valve seat in order to perform the three functions of a control valve, i. H. to achieve the connection with a pressure medium source, the connection with a pressure medium delivery and a complete separation. The starting mechanism can be connected to the correction piston and / or the counter-pressure piston in the most varied of ways. The influencing of the active surface of the membrane as a function of the load can be done manually and / or
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be carried out discontinuously.
The control as a function of the load can also be definitely carried out, for example in order to carry out an existing braking system or a braking system already installed in vehicles according to the load on the axles or the wheels. The control as a function of the load can be carried out by a control as a function of another continuous or discontinuous parameter, which requires a change in the brake pressures. Such parameters can be, for example, the speed of the vehicle or the ability to adhere to the ground or the rails.
The invention is explained and described in more detail using exemplary embodiments, reference being made to the drawings. 1 to 3 show lateral schematic sectional views of three different embodiments according to the invention.
The brake force regulator shown in Fig. 1 is used, for example, for braking devices in rail vehicles. This brake force regulator is arranged between a brake distributor or a triple valve for the delivery of a control pressure used for control and one or more brake devices, for example a brake cylinder.
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the inside of the housing-l-is in connection and via an input line --4-- is connected to a brake distributor, not shown. The housing - l - is also via an output line --5-- with
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a valve chamber - 20 - of the control valve - 19 - is mounted, which is separated from the chamber - 18 - by a wall provided with a valve seat - 22 -.
The chamber --18-- is connected to the output line --5-- and the brake cylinder - 6 - via a line --27--, while the valve chamber --20-- via a line --35-- is connected to a pressure medium source, which can be, for example, a compressed air auxiliary container of the vehicle provided with a brake force regulator.
The counter-pressure piston - 13 - delimits a counter-pressure chamber - 23 - within the housing - 1 - of the brake force regulator, which via a constriction - 26 - with the brake cylinder - 6 - and the
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Intermediate chamber - 24 -, - 7 - in order to achieve a seal on one side with respect to the chamber - 32 - which is connected to the bore --3-- and thus the inlet line --4--. The chamber - 33 - located below the piston - 7 - is connected to the outside atmosphere on the other side via a channel --34--. Inside the chamber --3-- there is also a return spring --31-- for the piston - 7-.
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Force of a return spring --38-- exposed.
The slide -36- is arranged inside the chamber -39- which is connected to the outside atmosphere via a channel -40-. The carriage -36 acts via the double-armed lever -9, 10- on the two rods -8, 12-.
The brake force regulator according to the invention is provided with a mechanism which initially enables large quantities of pressure medium to be supplied via the output line --5-- to the brake cylinder --6-- until a certain pressure is reached, so that the brake shoes can be quickly applied to the wheels of the vehicle is guaranteed.
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This start-up mechanism reduces the active surface of the correction piston - 14 - with the aid of a ring having a U-shaped cross section, the working surface of which is in contact with a membrane - the correction piston - 14 -. Between the housing-l- and the inside of the
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-25-- arranged part --45a-- of the ring comes to rest. The ring consists of a ring part - 45 - the upper curved surface of which rests against the membrane - 14a - while the lower flat surface is in contact with the annular shoulder --47-- of the correction piston --14--.
A ring part --44-- having an L-shaped cross-section is pressed against the ring part -45- with the aid of the spring --46--, while an outwardly protruding ring attachment --48-- against a ring shoulder --49-- the housing --1-- can come to rest.
In the embodiment of the brake force regulator according to the invention shown in FIG. 2, the working piston --7 - is arranged coaxially to the pistons - 13, 14. Those elements which, compared to the embodiment of FIG. 1, have the same function are provided with the same reference symbols. The three pistons - 7, 13 and 14 - are attached to a common rod - 60. An annular membrane - connects the working piston --7-- with a displaceable retaining piston -62- within a recess arranged in the housing --1--.
The retaining piston 62 has a bearing surface
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on - 62-- lying chamber - 71--, which via a bore --72-- arranged within the retaining piston - 62-- and a bore --73-- arranged within the housing --1-- is connected to the outside atmosphere. The piston - 37 - moves in a sealed manner within a cylindrical
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--68-- and control valve --19-- separated or connected to it, depending on whether the double valve body comes into contact with a valve seat - 77 - attached to the rod - 60.
In the embodiment of a brake force regulator shown in FIG. 3, the working piston - 7 - acts directly on the double seat valve, which is separate from the two pistons - 13 and 14. A transmission system that changes depending on the load connects the unit consisting of the counter-pressure piston --13- and the correction piston - 14 - with a rod --81-- of the working piston --7--. This rod --81-- acts on the double seat valve, which is, for example, identical to that of FIG. The rod --81-- of the working piston --7-- and a connecting rod --80-- of the two pistons - 13, 14 - each act on an arm - 9, 10 - of the double-armed lever, which its pivot axis --11-- is mounted on a slide --84-.
The arm --10-- penetrates a recess --82-- within the rod -81--, whereas the arm --9-- traverses a recess --83- within the rod - 80. The slide - 84 - is provided with a sliding shoe - 85 -,
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is applied, the pressure of which is substantially proportional to the weight of the vehicle. Due to the pressurization of the pressure medium on the piston -37- a return spring -88- is compressed.
The mode of operation of the brake controller according to the invention will now be discussed, u. between initially without the effect of the starting device.
As long as in the embodiment shown in Fig. 1 there is only pressure within the inlet line --4-- and consequently the bore --3-- and the chambers - 32 and 24--, the pressure via the outlet line 5- - with the chamber --18-- connected brake cylinder -6-- to atmospheric pressure, with a discharge via the hollow rod - 12 - takes place.
When the brake distributor
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or the brake taps supply a control pressure-P- via the input line --4--, then this control pressure is immediately fed to chambers -32 and -24. The piston --7-- is thus actuated, whereby the hollow rod -12- is actuated via the rod -8- and via the arms-9 and 10-of the double-armed lever mounted on the pivot axis -11-. The pressure prevailing in the intermediate chamber --24-- acts simultaneously on pistons 13 and 14-- so that a force is exerted on the hollow rod --12--
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l shown - 21-- of the double seat valve is lifted from its valve seat --22--.
The brake cylinder --6-- is therefore connected to the pressure medium source, the pressure in the chamber --18-- and in the brake cylinder - increasing until the pressure in the counterpressure chamber --23-- acts on the counterpressure piston - 13 - acting pressure as well as the pressure on the differential area in the chamber - 24 - compensates for the control pressure acting on the working piston - 7 -. An increase in the control pressure causes the inlet valve body to open again --21 - and thus an increase in the brake pressure output by the brake regulator. A reduction in the control pressure causes the arm to pivot --9 - and thus a displacement of the hollow rod -12-.
The valve seat --15-- thus lifts from the
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The control pressure --P-- supplied to the input line --4-- is thus transformed into a brake pressure which is constantly proportional to the control pressure.
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If the prevailing pressure proportional to the load on the vehicle reaches its maximum value, the piston --37-- and thus also the slide --36-- are moved completely to the right against the force of the spring --38--.
For example, if it is assumed that in this case the ratio of the active lengths of the arms-10 and 9-is equal to two, and if the active surfaces --S-- of the pistons -7 and 13-are equal, whereas the active Surface of the piston --14-- is twice as large as that of the piston -7 and 13 -, then the result is that the hollow rod --12-- over the arms - 9 and 10 - of the
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--7-- and supplied brake pressure is equal to the control pressure if the frictional forces are neglected.
In the case, however, in which the pressure prevailing inside the chamber --41-- has a minimum value, the piston --37-- is pushed completely to the left under the action of the spring -38-. If one now assumes that in this case the ratio of the lengths of the arms - 9 and 10 - is equal to 1, 1, then the total force exerted by the in chambers -32 and 24-
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This result is achieved with the help of a very small change in the active lengths of the arms - 9 and 10 - by varying their length ratios between the limits of 2 and 1, 1. This very essential property of the brake controller according to the invention enables the achievement of a great sensitivity of the operation of the slide --36 - with a double-armed lever, whose arms - 9 and 10 - never in the area of the pivot axis - 11 - in contact with reach rods 8 and 12.
The effect of the starting device is as follows:
As soon as the chambers -32 and -24-are not subjected to the control pressure, the spring --46-- presses the ring part --44-- upwards, so that the same with its ring attachment --48-- on the ring shoulder -49- of the housing-l-comes to rest. The ring part-44-in turn pushes the ring part -45- upwards, so that the latter lifts off the ring shoulder -47- of the correction piston. The elastic diaphragm --14a-- is pressed upwards, whereby the correction piston --14-- is carried along. This brings the hollow bar --12 - into contact with the
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Brought the valve body of the double seat valve.
The elasticity of the diaphragm - 14a - is chosen such that the force exerted by the hollow rod - 12 - on the valve body can overcome the force caused by the return spring of the double seat valve. As soon as the chambers - 32 and 24 - are acted upon by a low control pressure, the active cross section of the correction piston - 14 - is small. In this case, the active cross section corresponds essentially to the bearing surface of the membrane - 14a - on the after
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Ring part - 45 -. Ring part - 45 - on the ring shoulder - 47 - of the correction piston - 14 - comes to rest.
The active cross section of the correction piston -14- thus increases up to its maximum value without the influence of the spring -46- being interrupted, which acts in the direction of an opening of the inlet valve within the housing part -19-. The effect of the spring - 46 - is therefore equal to a constant force which is exerted on the hollow rod --12-- for all control pressures above the threshold value. This corresponds to a constant pressure which, in addition to the pressure of the braking force regulator shown, is output in accordance with a value proportional to the control pressure as a function of the load.
If this constant value is chosen to be equal to the pressure for applying the brake linings to the wheels, then the pressure exerted by the brake linings on the wheels is essentially proportional to the control pressure passed via the input line --4-- and the load on the vehicle. This constant pressure, referred to as the "apply pressure", is the same for loaded and unloaded vehicles. In this context, it should be noted that with an unladen vehicle it can happen that when the brakes are weakly applied, not all of the constant pressure is equal to the pressure of pressing the brake pads, because the ratio of the arms - 9 and 10 - is very low.
The driver of a vehicle in which the constant pressure is initially too high can, however, prevent the wheels of an unloaded vehicle from locking during braking by only applying the brakes very weakly.
The starting mechanism of the brake force regulator enables the brake pressure to rise relatively quickly up to a constant value, as has already been defined. With the aid of the brake force regulator shown in FIG. 1, this rapid pressure increase is reproducibly generated, the speed of the pressure increase depending on the ratio of the arms - 9 and 10 -. If the influence of the effective length
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having.
In such a case, as long as the spring - 46 - pushes back the ring (formed by the ring parts 44 and 45) when the stationary stop is in contact with the housing of the brake regulator, the latter emits a brake pressure that is only dependent on the active central part of the counter-pressure piston is controlled, which can have a worthless surface, and in this latter case the brake force regulator suddenly emits the maximum starting pressure, which is followed by a gradually increasing additional pressure, which is a pressure or a control pressure or a control force is proportional.
The person skilled in the art has of course access to the means necessary to implement the start-up mechanism, which are equivalent to those described in FIG. These means can for example consist of a displaceable piston which is provided in a sealed manner on the hollow rod --12-- and is connected to the housing of the brake force regulator in a sealed manner (e.g. by a membrane). This piston, which is attached to the same place as the piston - 14 - can, for. B. on the one hand bump against the housing of the brake force regulator, as long as it does not emit the minimum starting pressure, and on the other hand bump against the hollow rod - 12-as soon as the starting pressure given by the brake force regulator is sufficient to overcome the bias of the spring - 46 - .
With such a mounting on a brake force regulator with three chambers (work, counter pressure and correction) on the correction piston - 14 - applied, the movement of the start-up mechanism takes place from the stop position on the housing of the brake force regulator to the stop position on the hollow rod -12- - only if the control pressure supplied via the input line --4-- is sufficient to overcome the counter pressure of the spring - 46 -. As long as the counterpressure of the spring - 46 - has not been overcome, the brake force regulator provides three chambers to the output line
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--5-- from a pressure which is essentially the same as the control pressure supplied from the input line --4--.
The embodiment shown in Fig. 1 can be provided with coaxial working and counter-pressure pistons. In this case, two levers must be provided between the working piston --7-- and the correction piston --14-- whose common center of gravity is changed depending on the load. The working piston --7-- and the correction piston --14-- are thus connected to one another with the help of four lever arms, the active lengths of which are changed simultaneously depending on the load. Such an embodiment leads to a reduction in the diameter of the brake force regulator.
The embodiment shown in FIG. 2 has a control valve, the double valve body of which is connected to a channel which leads into the atmosphere or to a pressure medium discharge. In this internal combustion regulator, the counter-pressure piston - 13 - and the correction piston - 14 - are similar to the embodiment
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this is indicated in FIG. 2. As soon as the chambers --63 and 24 - are exposed to a control pressure and as soon as the active surface of the working piston - 7 - is greater than the difference between the active surfaces of the pistons --13 and 14 -, the control valve delivers --19 a brake pressure which is essentially proportional to the control pressure divided by a constant ratio.
As soon as the input line --4-- is subjected to a control pressure, the retaining piston -62-- cannot be in contact with the wedge -64-. In this case, the holding piston --62-- is pushed back by the pressure prevailing within the chamber - 63 -, the holding piston --62-- with its inclined surface -66 - in contact with the corresponding inclined surface - 65 - of the wedge - reached. However, this is blocked in terms of its position due to the frictional forces that occur. In this connection it should be noted that a similar blocking of the position takes place during braking on the slide - 36 - of the brake controller shown in FIG. 1.
If the angle of the inclined surface --65-- with respect to the axis of the piston --37-- is chosen smaller than the local angle of friction, then the pressure of the retaining piston --62-- on the wedge --64-- not the relative setting of the piston --37-- in relation to the return springs --75 and 68--. As soon as the load on the vehicle increases, the piston --37 - moves to the left according to Fig. 2, whereby the wedge -64-
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The brake pressures released increase depending on the load.
If the same surface area of the pistons - 7, 13 and 14 - are maintained as in the embodiment of Fig. 1, then it is sufficient to vary the braking pressures over a range of 1:10 between an empty vehicle and a fully loaded one Vehicle when the active surfaces of the working piston - 7 - are changed between the values of 1, 1 and 2, which, however, can be achieved relatively easily with membranes of high resistance and elasticity.
In the embodiment shown in FIG. 2, various modifications can be made. The control of the displacement of the wedge can be achieved with the help of a mechanical control which is directly connected to the suspension of the vehicle. The wedge --64-- can also be replaced by a rotatable cam, which is mounted on an axle of the brake force regulator. The arrangement described for the positioning of the retaining piston - 62 - can also be replaced by an idle load piston, the diameter of which is greater than that of the retaining piston - 62 - with which it is integrally connected in a coaxial arrangement.
The loading piston --37-- can, in conjunction with the housing --1-- of the brake regulator and the retaining piston --62--, enclose an annular chamber which
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