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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fluidstellglieder in Fahrzeugen und Maschinen. Die Begriffe Fahrzeug und Maschine umfassen hier unter anderem Eisenbahnlokomotiven und Eisenbahnwagen sowie landwirtschaftliche und Holztransportfahrzeuge, Maschinen und Einrichtungen.
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Der Stand der Technik offenbart beispielsweise Fluidstellglieder für Feststellbremsen von Eisenbahnfahrzeugen. Einige Feststellbremsen funktionieren unabhängig von der Gesamtbremsanlage für die Eisenbahn, andere sind in die Gesamtbremsanlage integriert, insbesondere durch Verwendung des Hauptbremszylinders, der die Bremsen des Zuges betätigt. Einige Feststellbremsen haben Zylinder oder Stellglieder, die eine Feststellbremse in einer angelegten Position sperren.
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Im allgemeinen wird das Hauptbremssystem für Eisenbahnfahrzeuge pneumatisch betrieben. Das Bremssystem umfasst einen Bremszylinder mit einer Kolbenstange zur Betätigung der Bremsbacken, um die Räder zu sperren und das Eisenbahnfahrzeug zu bremsen. Der Bremszylinder empfängt ein Signal zum Anlegen der Bremsen und besitzt im allgemeinen eine Federrückholung zum Lösen derselben. Das Signal bzw. die Kraft zur Betätigung der Bremsen wird im allgemeinen durch eine Art von Hebel multipliziert, der sich zwischen dem Bremszylinder und den Bremsbacken befindet.
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Die meisten Eisenbahnfahrzeuge besitzen eine manuell betätigte Feststellbremse, welche die Radbremsen anlegt. In Drehgestell-montierten Bremsanlagen, die in der Branche gut bekannt sind, befindet sich an einem Ende des Bremszylinders ein Kolbenstangenausgang, der mit Hebeln oder ähnlichen Elementen verbunden ist, welche den Bremszylinder mit den Bremsausgleichhebeln verbinden. Ferner wird als Teil der Feststellbremsanlage allgemein eine Kombination aus Ketten, Hebeln, Schläuchen, Stangen und Kabeln benützt, um eine manuell-hydraulisch bediente Stellgliedvorrichtung mit dem Bremszylinder zu verbinden. Die Stellgliedvorrichtung kann an jedem geeigneten Ort auf dem Eisenbahnfahrzeug angebracht sein, so dass eine Fernbedienung der Feststellbremse möglich ist.
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Der Stand der Technik offenbart eine elektropneumatisch gesteuerte Feststellbremse, also eine mit elektrischen und pneumatischen Elementen.
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Manuelle Fluidpumpen zur Betätigung getrennter hydraulischer Feststellbremsen auf Eisenbahnfahrzeugen werden durch den Stand der Technik ebenfalls offenbart. Derartige Feststellbremsen sind mit den Bremsausgleichhebeln verbunden und können vom Hauptbremszylinder unabhängig oder nicht unabhängig und mit diesem verbunden oder nicht verbunden sein.
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Sperrmechanismen in Stellgliedern für Feststellbremsen sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der
US 6 431 329 B1 . Diese Sperrmechanismen, die im allgemeinen eine Feststellbremse in einer angelegten Position sperren, sind auf unterschiedliche Arten konstruiert. Beispielsweise gibt es Mechanismen, die zum Sperren einer Feststellbremse Arretierungen benützen, und es gibt Mechanismen, die konzentrische Kupplungsflächen oder gegenüberliegende Kupplungsflächen zum Sperren einer Feststellbremse benutzen. Ein bekannter Sperrmechanismus für eine Feststellbremse umfasst eine rotierende Mutter und eine gleitfähige Hülse, die außerhalb eines Stellgliedkolbens angebracht sind. Die bekannte Feststellbremse hat eine Kolbenwelle, die mit den Bremsen des Eisenbahnfahrzeugs verbunden ist, und eine Verbindungsstange, die an einem Bremszylinder befestigt ist, der die Bremsen anlegt und löst. Die Welle und die Stange bewegen sich linear zueinander und benötigen deshalb für einen gegebenen Kolbenhub zur Betätigung der Feststellbremse eine bestimmte Menge Raum. Bei der
US 6 431 329 B1 , welche eine Feststellbremse für ein Schienenfahrzeug betrifft, ist der Sperrmechanismus am Zylinder befestigt. Die
US 5 050 484 A offenbart ein hydraulisches Stellglied mit einem innerhalb eines Zylinders untergebrachten Druckkolben, der über ein radial zu dem Zylinder oder dem Kolben bewegbares Sperrglied in einer an der Innenmantelfläche des Zylinders eingebrachten ringförmigen Nut in der dem Kolben gegenüber dem Zylinder sperrenden Stellung verrastbar ist. Die
WO 2003/064 864 A1 offenbart einen Hydraulikzylinder, der ähnlich der
US 5 050 484 A einen in einem Druckzylinder axial verschiebbaren Kolben aufweist, bei dem als Verriegelungsvorrichtung ein Sperrelement radial verstellbar angeordnet ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Stellglied für eine Feststellbremse, die im Vergleich zu bekannten Stellgliedern weniger Platz in einem Eisenbahnfahrzeug beansprucht, insbesondere im Verhältnis zu einem bestimmten Kolbenhub, beispielsweise von bekannten Stellgliedern, bereitzustellen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Stellglied mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Hierzu produziert das Stellglied eine Bewegung für mindestens zwei Positionen einer Vorrichtung. Eine dieser mindestens zwei Positionen der Vorrichtung betrifft eine gesperrte oder zurückgezogene Position eines Druckkolbens des Stellglieds; diese Position kann über eine potenziell unendlich große Anzahl von Druckkolbenhubdistanzen vorkommen. Das offenbarte Stellglied kann in und für viele Vorrichtungen in Fahrzeugen und Maschinen verwendet werden, beispielsweise im Eisenbahnwesen, in der Landwirtschaft, in der Industrie und im Holztransport. Ferner gilt, dass in dieser Offenbarung die Druckkolbenpositionen eines Stellglieds zwar als angelegt und gelöst bezeichnet werden, diese aber auch als zurückgezogene oder erste Position bzw. ausgefahrene oder zweite Position bezeichnet werden können. Und ferner gilt, dass sich die gegenständliche Offenbarung mit angelegten und gelösten Positionen zwar auf zwei Positionen des Druckkolbens und einer Vorrichtung wie der Feststellbremse bezieht, Ausführungsbeispiele des Stellglieds der vorliegenden Offenbarung aber zur Herstellung zweier Positionen oder Bewegung in zwei Positionen jeder beliebigen Vorrichtung dienen können.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Ausführungsbeispiel eines Stellglieds für eine Feststellbremse eines Eisenbahnfahrzeugs einen Zylinder und einen innerhalb des Zylinders untergebrachten Druckkolben. Ebenfalls enthalten sind eine Welle und eine mit dem Druckkolben verbundene Stange. Die Stange ist axial mit Bezug auf die Welle und konzentrisch über derselben beweglich. Das Stellglied umfasst des weiteren eine Anlege- oder erste Öffnung, die dazu dient, einen Fluiddruck aufzunehmen, um den Druckkolben in eine angelegte oder erste Position zu bewegen. Das Stellglied besitzt auch einen Sperrmechanismus innerhalb des Druckkolbens. Der Sperrmechanismus umfasst eine erste und eine zweite Oberfläche, und beide Oberflächen bewegen sich als Reaktion auf den Fluiddruck an der Anlegeöffnung mit dem Druckkolben die Welle entlang. Die Oberflächen sperren den Druckkolben in einer angelegten Position, nachdem der Fluiddruck an der Anlegeöffnung beseitigt ist. Die erste Oberfläche befindet sich auf einer Hülse, die rotationsfähig an der Welle befestigt ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Welle axial beweglich sein.
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In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann das Stellglied auch eine Löse- oder zweite Öffnung zur Aufnahme eines Fluiddrucks besitzen. Als Reaktion auf den Fluiddruck entsperren sich die Oberflächen des Sperrmechanismus und sind geeignet, sich mit dem Druckkolben die Welle entlang in eine gelöste oder zweite Position zu bewegen und damit die Feststellbremse des Fahrzeugs zu lösen.
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Die vorliegende Offenbarung wird durch Lektüre der folgenden Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen besser verständlich sein und in ihrer Bedeutung gewürdigt werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Stellglieds gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
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2 ist eine ausgeschnittene perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels der 1.
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3 ist eine vergrößerte, teilweise ausgeschnittene perspektivische Darstellung des Stellglieds der 2.
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4 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Stellglieds der 2.
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5 ist eine vergrößerte Darstellung eines Sperrmechanismus der vorliegenden Offenbarung in angelegter Position.
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6 ist eine vergrößerte Darstellung eines Sperrmechanismus der vorliegenden Offenbarung in einer gelösten Position.
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7 ist eine perspektivische Darstellung einer Sperrhülse und Sperrmutter des Sperrmechanismus der vorliegenden Offenbarung in axial gegenüberliegender Stellung.
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8 ist eine seitliche Querschnittansicht der Sperrmutter und Sperrhülse der vorliegenden Offenbarung in Eingriffstellung.
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9 ist eine perspektivische, ausgeschnittene Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Stellglieds gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
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10 ist eine vergrößerte, perspektivische, ausgeschnittene Darstellung eines Abschnitts des Stellglieds der 9.
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11 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Stellglieds der 9.
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12 ist eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines in eine Feststellbremse eingebauten Stellglieds gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
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Im allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung ein Stellglied zur Verwendung in unterschiedlichen Branchen, einschließlich Eisenbahn, Landwirtschaft und Holztransportindustrie, ohne aber auf diese beschränkt zu sein. Als Beispiel betrifft die vorliegende Offenbarung ein Stellglied für eine Feststellbremse in einem Eisenbahnfahrzeug. Wie bereits erwähnt, bezieht sich der Ausdruck Eisenbahnfahrzeug hier auf Lokomotiven ebenso wie auf Eisenbahnwagen. Insbesondere umfasst das Stellglied – unter anderem aus Gründen der Platzeinsparung – einen Sperrmechanismus innerhalb des Stellgliedkolbens. Eine mit den Bremsen des Eisenbahnfahrzeugs verbundene Stange ist so ausgebildet, dass sie sich im Verhältnis zu einer Welle und konzentrisch über derselben zu bewegen vermag. Diese Welle ist im wesentlichen stationär, kann sich aber sehr wenig bewegen, wie weiter unten näher ausgeführt wird. Das Stellglied reagiert auf Fluidsignale, um die Bremsen auf dem Eisenbahnfahrzeug anzulegen bzw. zu lösen.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Stellglieds 10 ist beispielsweise in 1–8 dargestellt. Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das Stellglied 10A, ist in 10–11 dargestellt. Und ein weiteres Ausführungsbeispiel, Stellglied 10B, ist als Teil der Feststellbremse 200 in 12 dargestellt. Das Stellglied 10 der 1–8 wird, einschließlich seiner Struktur und Bedienung, zuerst diskutiert, obwohl aus Gründen der Beschreibungsökonomie auch Hinweise auf andere Ausführungsbeispiele beigefügt sein können.
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Wie in 1–6 dargestellt, umfasst das Stellglied 10 einen Zylinder 12 und einen Druckkolben 14 innerhalb des Zylinders 12. Das Stellglied 10 umfasst auch eine Welle 16, die stationär sein kann. Eine Stange 18 ist mit dem Druckkolben 14 verbunden, wobei die Stange 18 axial im Verhältnis zu der Welle 16 und konzentrisch über derselben bewegt werden kann. Das Stellglied 10 besitzt auch eine Anlege- oder erste Öffnung 20 zur Aufnahme eines anlegeseitigen Fluiddrucks ASP, um den Druckkolben 14 in eine angelegte Position zu bewegen, wie in 3 und 5 dargestellt. Das Stellglied 10 umfasst des weiteren einen Sperrmechanismus 22 zum Sperren des Druckkolbens 14 in einer angelegten oder ersten Position. Der Sperrmechanismus 22 befindet sich innerhalb des Druckkolbens 14, wie in 2, 3, 5 und 6 dargestellt. Der Sperrmechanismus 22 umfasst eine erste Oberfläche 24 und eine zweite Oberfläche 26, wobei beide Oberflächen 24, 26 geeignet sind, sich mit dem Druckkolben 14 zu bewegen (vgl. 3).
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Die ersten und zweiten Oberflächen 24, 26 können einander axial gegenüber liegend angeordnet sein, wie in 2–8 dargestellt, und sich axial miteinander verbinden bzw. die Verbindung wieder lösen. Die erste Oberfläche 24 kann auf einer Hülse oder Sperrhülse 30 angeordnet sein, die rotierend auf der Welle 16 befestigt sein kann. Ein Passstift 36 oder ein gleichwertiges Element kann dazu benützt werden, die Hülse 30 über Passstiftschlitze oder Öffnungen 36a auf der Hülse 30 und der Welle 16 drehbar an der Welle 16 zu befestigen. Allerdings kann sich die Hülse 30 mit dem Druckkolben 14 axial die Welle 16 entlang bewegen. Die zweite Oberfläche 26 kann auf einer Mutter oder Sperrmutter 32 angeordnet sein, die auf der Welle 16 in Gewindeverbindung aufgenommen und rotierbar sein kann. Die Mutter 32 kann sich ebenfalls axial im Verhältnis zum Zylinder 12 bewegen. Die Oberflächen 24, 26 können Zähne 34 aufweisen, wie in 7–8 dargestellt.
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Die Oberflächen 24, 26 können als Reaktion auf anlegeseitigen Fluiddruck ASP an der Anlegeöffnung 20 mit dem Druckkolben 14 entlang der Welle 16 bewegt werden. Die Oberflächen 24, 26 erfassen und sperren den Druckkolben 14 in einer angelegten Position und sperren wiederum die Feststellbremse des Eisenbahnfahrzeugs nach Beseitigung des anlegeseitigen Fluiddrucks ASP an der Anlegeöffnung 20.
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Das Stellglied 10 kann auch eine Löse- oder zweite Öffnung 28 zum Aufnehmen eines löseseitigen Fluiddrucks RSP besitzen. Die Oberflächen 24, 26 des Sperrmechanismus 22 geben den Druckkolben 14 als Reaktion auf den löseseitigen Fluiddruck RSP an der Löse- oder zweiten Öffnung 28 frei und entriegeln ihn aus seiner gesperrten oder angelegten Position. Die Oberflächen 24, 26 bewegen sich mit dem Druckkolben 14 entlang der Welle 16 in eine gelöste Position, die wiederum die Feststellbremse des Fahrzeugs löst.
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Der Sperrmechanismus 22 kann eine Fluidsperre enthalten, welche die Sperrflächen 24, 26 in Verbindung hält. Wie in 3, 5 und 6 dargestellt, befindet sich die Hülse 30 in einer Bohrung des Druckkolbens 14 und bildet eine Fluidsperrkammer oder einen Hohlraum 69 zwischen der Hülse 30 und einer Wand des Druckkolbens 14. Der Fluidsperrhohlraum 69 wird mit einer Ablassvorrichtung abgelassen, welche das bewegliche Element 38 enthält. Das bewegliche Element 38 befindet sich in einer Bohrung 15 des Druckkolbens 14 (vgl. 3, 5, und 6). Das bewegliche Element 38, dargestellt als Pendelstift mit mehreren Durchmessern, reagiert auf den anlegeseitigen Fluiddruck ASP und/oder den löseseitigen Fluiddruck RSP und lässt Fluid vom Hohlraum 69 (vgl. 3, 5, und 6) nach außerhalb des Druckkolbens 14 ab. Der Hohlraum 69 wird nachstehend ausführlicher diskutiert.
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Der in 3, 5 und 6 dargestellte Pendelstift 38 hat zwei unterschiedliche Durchmesser. Der erste Durchmesser 38D1 ist an einem Abschnitt zu beiden Enden 38E des Pendelstifts 38 gegeben. Der zweite Durchmesser 38D2 ist an einem Zwischen- oder Mittelabschnitt 38M des Pendelstifts 38 zwischen den Enden 38E gegeben. Der Durchmesser 38D1, wie in 3, 5 und 6 dargestellt, ist größer als der Durchmesser 38D2. Die unterschiedlichen Durchmesser 38D1 und 38D2 erlauben dem Wechselstift 38 unterschiedliche Bohrungen im Druckkolben 14 zu verbinden und zu trennen, um auf diese Weise Pfade für Fluids zu schaffen, wie beispielsweise VPAS und VPRS, die zum Pendelstift 38 und in den Hohlraum 69 hinein bzw. aus diesem heraus fließen. Die Funktionsweise des Pendelstifts 38 wird nachstehend noch näher erörtert.
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Der Druckkolben 14 kann in der Bohrung 15 auch ein Element oder einen Anschlag 40 enthalten, der im wesentlichen koaxial mit dem Pendelstift 38 ist. Der Anschlag 40 hält den Pendelstift 38 in der Bohrung 15 und besitzt eine Öffnung, um dem Fluid von der Anlageöffnung 20 das Erreichen des Pendelstifts 38 zu ermöglichen. Der Anschlag 40 ist beispielsweise dargestellt als Gewindeteil, er könnte aber auch jedes gleichwertige Element sein.
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Es ist festzuhalten, dass das Fluid der gegenständlichen Offenbarung beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit oder Luft sein kann. Wenn es sich bei dem Fluid um eine hydraulische oder gleichwertige Flüssigkeit handelt, können der Pendelstift 38 und der Anschlag 40 hinzugezogen werden, um das Ablassen des Fluids zu erleichtern. Ist das Fluid aber Luft, werden der Pendelstift 38 und der Anschlag 40 nicht hinzugezogen; es können aber andere (nicht dargestellte) Mechanismen verwendet werden, um die Luft aus dem Hohlraum 69 abzulassen.
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Der Sperrmechanismus 22 kann des weiteren mindestens eine Feder 42 enthalten, die zwischen einer Wand des Druckkolbens 14 und der Hülse 30 angeordnet ist (vgl. 3). Die mindestens eine Feder 42 drückt die erste Oberfläche 24 der Hülse 30 gegen die zweite Oberfläche 26 der Mutter 32. Des weiteren kann als Teil des Sperrmechanismus 22 ein der Mutter 32 zugeordnetes Drucklager 23 vorgesehen sein. Das Drucklager 23 ist zwischen den Wänden eines Kolbendeckels 68 und eines Abstandhalters 70 angeordnet (vgl. 3). Das Drucklager 23 kann zwei oder mehr Platten 23a, 23b mit (nicht dargestellten) Rollbahnen zur Aufnahme von Lagern umfassen, die sich zu beiden Seiten einer Walze 23c befinden. Die Konfiguration des Drucklagers 23 ist so ausgeführt, dass bei Aufbringen einer Kraft auf eine der Platten, beispielsweise auf 23a, das Drucklager 23 die Mutter 32 dabei unterstützt, sich in eine Richtung zu drehen, und wenn eine Kraft auf eine andere Platte aufgebracht wird, beispielsweise auf 23b, unterstützt das Drucklager 23 die Mutter 32 bei der Drehung in eine Gegenrichtung.
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Wie in 1 und 2 dargestellt, kann das Stellglied 10 auch einen ersten Abschlussdeckel 44a und einen zweiten Abschlussdeckel 44b besitzen, die den Zylinder 12 abschließen. Die Abschlussdeckel 44a und 44b sind über die Bolzen 44c verbunden, die durch die Muttern 44d gesichert sind. Ebenfalls vorgesehen kann ein bügelartiges Anbringungsteil 46 sein, welches dazu dient, das Stellglied 10 an einem (nicht dargestellten) Eisenbahnfahrzeug anzubringen und/oder zu befestigen.
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Eine weitere Beschreibung des Stellglieds 10 wird mit besonderer Bezugnahme auf 3 und 4 fortgesetzt. Das Stellglied 10 kann eine Dichtungskappe 60 besitzen, die aus einem Lagermaterial gefertigt ist und mit dem Abschlussdeckel 44a beispielsweise über eine Schraubverbindung verbunden ist. Die Kappe 60 bietet eine Lauffläche für die Stange 18. Die Lippendichtung 61 zwischen der Dichtungskappe 60 und einer Wand des Abschlussdeckels 44a dichtet die Stange 18 ab und verhindert Fluidaustritt aus dem Stellglied 10. Der Abstreifer 62, der zwischen der Stange 18 und der Dichtungskappe 60 angebracht ist und der aus Kunststoff bestehen kann, verhindert, dass Fremdteilchen an der Dichtungskappe 60 vorbei gelangen können. Ein O-Ring 63 ist in einer Vertiefung 63a auf einem Abschlussdeckel 44a vorgesehen, der einen Zwischenraum zwischen dem Abschlussdeckel 44a und dem Zylinder 12 abdichtet.
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Der Druckkolben 14 und die Stange 18 können an einem Ende schraubverbunden sein, wie in 3 dargestellt, oder sie können auch eine einstückige Einheit ausbilden (nicht dargestellt). Eine Stellschraube 64 hemmt die Stange 18 und den Druckkolben 14 auf mechanische Weise, um ein Abschrauben derselben zu verhindern. Das andere Ende der Stange 18 ist so ausgebildet, dass es eine Verbindung 45 (vgl. 1–2) für eine Kette oder ein gleichwertiges (nicht dargestelltes) Anschlussteil zu einem Bremszylinder, Hebel, Bremsausgleichhebel oder einer gleichwertigen Vorrichtung bildet (vgl. 12 und die Beschreibung des Stellglieds 10B), um die Feststellbremse des Fahrzeugs anzulegen und zu lösen.
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Ein Schleißring 65, der in einer Vertiefung des Kolbens 14 untergebracht ist und der aus Lagermaterial bestehen kann, bietet eine Lauffläche zwischen dem Druckkolben 14 und dem Zylinder 12 und verhindert damit den Fläche-auf-Fläche-Metallkontakt von Zylinder 12 und Kolben 14. Zusätzlich schafft eine Lippendichtung 66, die in einer anderen Vertiefung des Druckkolbens 14 untergebracht ist und die einen Kunststoffschleißring und einen Gummidichtring umfassen kann, ebenfalls eine Schutzlauffläche zwischen dem Zylinder 12 und dem Kolben 14. Die Lippendichtung 66 dichtet und trennt zusätzlich im wesentlichen eine Anlegeseite AS des Stellglieds 10 (links in 3, 5 und 6) von einer Löseseite RS (rechts in 3, 5 und 6).
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Wie in 3 dargestellt, können die Elemente des Sperrmechanismus 22, darunter beispielsweise die Hülse 30 und die Mutter 32, durch die Schraubverbindung zwischen Druckkolben 14 und einem Kolbendeckel 68 im Druckkolben 14 festgehalten sein. Der Druckkolben 14 und der Kolbendeckel 68 können verstiftet sein, um ein Lösen der Schrauben zu verhindern (nicht dargestellt).
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Wenn bei den Anlege- bzw. Lösevorgängen Fluid durch die Anlegeöffnung 20 und die Löseöffnung 28 gepumpt wird, bewegt sich die Hülse 30 mit dem Kolben 14. Der Hohlraum 69 ist getrennt mit Fluid gefüllt worden, bei dem es sich beispielsweise um Luft oder eine hydraulische Flüssigkeit handeln kann. Wenn der Hohlraum 69 gefüllt ist, beispielsweise mit hydraulischer Flüssigkeit, ist die Hülse 30, welche von der mindestens einen Feder 42 gegen die Mutter 32 gedrückt wird und von der hydraulischen Flüssigkeit umgeben ist, nicht fähig, sich in Relation zu der Mutter 32 axial zu bewegen, wenn nicht etwas hydraulisches Fluid aus dem Hohlraum 69 abgelassen wird. Ein solches Ablassen würde den Oberflächen 24, 26 der Hülse 30 bzw. der Mutter 32 ermöglichen, in einer Auf-Ab-Bewegung auf den Rampen 81 jeder Oberfläche 24, 26 aufzureiten (vgl. 7–9). Die relativen Bewegungen der Hülse 30 und der Mutter 32 über die Rampen 81 auf ihren Oberflächen 24, 26 werden weiter unten noch erörtert (vgl. 7 und 8).
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Somit beherbergt also der Druckkolben 14 den Pendelstift 38 in der Bohrung 15 (vgl. 3, 5, 6), um das Fluid im Hohlraum 69 abzulassen, wenn Fluid an die Anlegeöffnung 20 oder die Löseöffnung 28 gebracht wird. Der Pendelstift 38 kann in die Bohrung 15 eingeführt und darin mit dem Anschlag 40 und einem Abstandhalter 70 festgehalten werden. Die O-Ringe 71 und 72 dichten den Hohlraum 69 ab und isolieren diesen vom hydraulischen Fluid an anderen Orten im Kolben 14. Hydraulisches Fluid kann nur über die Ablasspfade VPAS und VPRS aus dem Hohlraum 69 abgelassen werden bzw. dem Hohlraum 69 zugeführt werden, wie in 5 und 6 dargestellt und weiter unten näher erörtert.
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Das Drucklager 23 wird von einer Schraubverbindung zwischen der Sperrmutter 32 und einer Mutternkappe 73 gehalten. Die Sperrmutter 32 und die Mutternkappe 73 können miteinander verstiftet sein, um ein Lösen der Verschraubung zu verhindern (nicht dargestellt).
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Was den Betrieb des Stellglieds 10 betrifft, ist der Kolben 14 mit hydraulischem Fluid gefüllt, wie auch der Hohlraum 69. Der Hohlraum 69 wird von den O-Ringen 71 und 72 von anderem hydraulischem Fluid im Druckkolben 14 abgedichtet. Wie bereits erwähnt, dient das hydraulische Fluid im Hohlraum 69 dazu, zumindest teilweise die Axialverschiebung der Hülse 30 im Verhältnis zur Mutter 32 zu hemmen, insbesondere wenn die Hülse 30 sich während den Anlege- und Lösevorgängen mit dem Kolben 14 bewegt. Wie ebenfalls hier bereits erwähnt, ermöglicht der Pendelstift 38 ein Ablassen des hydraulischen Fluids aus dem Hohlraum 69 über die Ablasspfade VPAS und VPRS und ermöglicht damit eine Axialverschiebung der Hülse 30. Der Pendelstift 38 ermöglicht zudem einen Rückfluss von hydraulischem Fluid in den Hohlraum 69, wenn die Hülse 30 in einer Auf-/Abbewegung von Rampe 81 zu Rampe 81 mit der Mutter 32 schwingt. Es ist noch einmal festzuhalten, dass wenn das Fluid im Hohlraum 69 Luft ist, die in die Atmosphäre abgelassen wird, der Pendelstift 38, der Anschlag 40 und die Pfade VPAS und VPRS möglicherweise nicht die geeignete Struktur zum Ventilieren des Hohlraums 69 sind.
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In 1 und 6 ist das Stellglied 10 in Löseposition des Druckkolbens 14 dargestellt. Um die Feststellbremse mit Hilfe des Stellglieds 10 anzulegen, wird Fluid in den Anlegeöffnung 20 gepumpt. Das Fluid wirkt als Kraft FA, die auch vom anlegeseitigen Fluiddruck an der Anlegeöffnung 20 repräsentiert wird. Unter der Fluidkraft FA bewegt sich der Pendelstift 38 mit mehreren Durchmessern nach rechts (vgl. 5), wodurch ein Ablassen von Fluid aus dem Hohlraum 69 über den Ablasspfad VPRS (rechts in 5) des Stellglieds 10 an die Löseseite RS ermöglicht wird. Das Ablassen von Fluid ermöglicht der Hülse 30, sich axial im Verhältnis zur Mutter 32 zu bewegen, wie nachstehend noch erörtert. Das Ablassen von Fluid zur Anlegeseite AS wird durch den gesperrten Durchgang BPAS verhindert. Die Fluidkraft FA überwindet mehrere Dichtungsfunktionen und veranlasst den Druckkolben 14 zur Bewegung nach rechts, wie in 3 und 5 dargestellt. Der Druckkolben 14 war fähig, sich nach rechts zu bewegen, weil die Oberflächen 24 und 26 des Sperrmechanismus 22 ihre Verbindung gelöst haben (vgl. 7–8). Die Trennung der Oberflächen 24 und 26 ermöglicht der Sperrmutter 32 das Rotieren auf der Welle 26 mit Hilfe des Drucklagers 23 und gegen dieses. Die Rotation der Mutter 32 wird durch eine Kraft ermöglicht, die auf den Abstandhalter 70 und die Mutter 32 wirkt, welche eine Kraft auf die Platte 23a des Drucklagers 23 überträgt, wodurch die Lager 23c einbezogen werden, das Drehen der Mutter 32 zu unterstützen. Durch das Ablassen des Hohlraums 69 und die (nachstehend näher erörterte) Trennung der Oberflächen 24 und 26 ist die Sperrhülse 30 fähig, sich mit dem Druckkolben 14 entlang der Welle 26 zu bewegen.
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Die Oberflächen 24 und 26 auf der Hülse 30 bzw. der Mutter 32 liegen einander axial gegenüber und haben feste, halb-v-förmige Zähne, die Spiegelbilder voneinander sind, wie in 7–8 dargestellt. Die Zähne 34 sind mit annähernd 90°-Schultern 80 und Rampen 81 ausgeführt. Die Schultern 80 ermöglichen der Hülse 30 und der Mutter 32, sich gegenseitig in einer ersten Rotationsrichtung der Mutter 32 zu verriegeln. Die Rampen 81 ermöglichen der Mutter 32 die Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Kontakts mit einer repetitiven Rampen-81-zu-Rampen-81-Auf-/Abbewegung in einer entgegengesetzten oder zweiten Rotationsrichtung. Ein derartiger Kontakt Rampe 81 zu Rampe 81 verriegelt die Hülse 30 nicht mit der Mutter 32. Während der Bewegung Rampe 81 zu Rampe 81 der Oberflächen 24 und 26 kann kontinuierlich Fluid aus dem Hohlraum 69 abgelassen werden und kann auch kontinuierlich in den Hohlraum 69 zurück strömen, entsprechend den Bewegungen Rampe 81 zu Rampe 81 oder Schwingungen der Hülse 30 oder der Mutter 32.
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Die mindestens eine Feder 42, die in 4 als vier Federn 42 dargestellt sind, drückt die erste Oberfläche 24 der Hülse 30 auf eine Weise, dass sie Verbindung mit der zweiten Oberfläche 26 der Mutter 32 aufnimmt. Wenn die Fluidkraft FA auf den Druckkolben 14 anhält, bleiben die erste Oberfläche 24 und die zweite Oberfläche 26 in Kontakt Rampe 81 zu Rampe 81, während die Mutter 32 auf der Welle 16 rotiert. Die Mutter 32 bewegt sich mit dem Druckkolben 14, verschiebt sich aber nicht axial im Verhältnis zum Druckkolben 14. Die Sperrhülse 30 bewegt sich aufgrund des Passstiftes 36 in den Schlitzen 36a der Hülse 30 und der Welle 16 (vgl. 4) nur axial im Verhältnis zur Welle 16, rotiert aber nicht im Verhältnis zu der Welle 16 oder dem Druckkolben 14.
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Während der anlegeseitige Fluiddruck ASP weiterhin an die Anlegeöffnung 20 angelegt wird, wird Fluid auf der Löseseite RS des Druckkolbens 14 aus der Löseöffnung 28 hinaus befördert. Dieses Fluid enthält eine Menge, die aus dem Hohlraum 69 über den Pendelstift 38 abgelassen wurde, wie in 5 dargestellt. Entweder durch einen voreingestellten Druck, beispielsweise durch eine Überdruckventileinstellung in – beispielsweise – der Pumpe 220 der 12, oder durch eine Beendigung des anlegeseitigen Fluiddrucks ASP an der Anlegeöffnung 20 wird die Bewegung des Druckkolbens 14 gestoppt.
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Wenn der anlegeseitige Fluiddruck ASP an der Anlegeöffnung 20 nachlässt, beginnt sich die Sperrmutter 32 aufgrund von Bremsbackenkräften, die durch die Bewegung des Druckkolbens 14 und der Stange 18 (rechts in 3 und 5) beim Anlegen der Feststellbremse soeben wirksam geworden sind, zurückzuziehen bzw. in Gegenrichtung zu drehen (Bewegung nach links, wie in 3 und 5 dargestellt). Während des Anlegevorgangs waren die Sperrmutter 32 und die Speerhülse 30 in Rampe-81-zu-Rampe-81-Kontakt geblieben. Der Pendelstift 38 bleibt mit Beseitigung des anlegeseitigen Fluiddrucks ASP und der Kraft FA im wesentlichen in der in 5 gezeigten Position, es sei denn, das Stellglied 10 ist so angebracht, dass die Schwerkraft eine Bewegung des Pendelstifts 38 auslösen kann. Die Oberfläche 26 der Sperrmutter 32, die sich nun in die Gegenrichtung dreht, rotiert auf der Oberfläche 24 der Sperrhülse 30, bis die Flachstellen oder Schultern 80 voll ineinandergreifen und verriegelt sind (vgl. 8). Das Stellglied 10 ist jetzt über den Sperrmechanismus 22 in angelegter Position mechanisch verriegelt, und die Feststellbremse des Fahrzeugs wird über die Bremsbackenkraft in einer angelegten Position bzw. in angelegtem Zustand gehalten. Das Stellglied 10 mit dem Sperrmechanismus 22 ist so konfiguriert, dass im Rahmen der Designparameter des Stellglieds 10 eine unendliche Zahl von Hubdistanzen des Druckkolbens 14 möglich sind, in denen der Druckkolben 14 in angelegter Position verriegelt sein kann. Das heißt, das Stellglied 10 ist nicht davon abhängig, dass sich der Druckkolben 14 in einer bestimmten Position befindet, um den Druckkolben 14 verriegeln und in angelegter Position halten zu können.
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Zum Lösen der Feststellbremse des Fahrzeugs wird an der Löseöffnung 28 löseseitiger Fluiddruck RSP eingeführt. Der löseseitige Fluiddruck RSP wird in Form der Fluidkraft FR am Druckkolben 14 und der Sperrhülse 30 angelegt, und abwechselnd an den Federn 42, wie in 6 dargestellt. Die Fluidkraft FR wird durch die Öffnung 68a im Kolbendeckel 68 und durch die Öffnung 70a im Abstandhalter 70 eingeführt. Wenn die Kraft der Federn 42 überwunden ist, wird die Sperrhülse 30 nach links (vgl. 6) entlang der Welle 26 bewegt. Die Oberfläche 24 der Hülse 30 trennt sich von der Oberfläche 26 der Mutter 32, wodurch der Sperrmechanismus 22 gelöst wird. Nachdem die Oberflächen 24 und 26 getrennt sind, kann die Sperrmutter 32 wieder frei rotieren, allerdings in Gegenrichtung zu der Rotationsrichtung unter anlegeseitigem Fluiddruck ASP. Die Rotation der Mutter 32 wird durch eine auf den Kolbendeckel 68 und – in geringerem Ausmaß – auf die Mutternkappe 73 wirkende Kraft ermöglicht. Dies legt wiederum eine Kraft auf die Platte 23b des Drucklagers 23, wodurch die Walzen 23c in Einsatz kommen, um das Drehen der Mutter 32 zu unterstützen.
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Gleichzeitig bewegt löseseitiger Fluiddruck RSP, der von der Löseöffnung 28 eindringt, den Mehrdurchmesser-Pendelstift 38 unter der Kraft FR nach links (vgl. 6), wodurch der Hohlraum 69 über den Ablasspfad VPAS (vgl. 6) des Stellglieds 10 zur Anlegeseite AS ventiliert wird. Das Ablassen zur Löseseite RS wird durch den blockierten Durchgang BPRS verhindert.
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Während der löseseitige Fluiddruck RSP an der Löseöffnung 28 weiter zunimmt, wird Fluid am Ende der Anlegeseite AS des Druckkolbens 14 durch die Anlegeöffnung 20 abgezogen. Dieses Fluid enthält eine Menge, die aus dem Hohlraum 69 über den Pendelstift 38 abgelassen wurde, wie in 6 dargestellt. Gleichzeitig bewegt sich die Hülse 30 mit dem Druckkolben 14 nach links. Die Mutter 32 rotiert mit Unterstützung des Drucklagers 23 und bewegt sich ebenfalls mit dem Druckkolben 14, bis der Druckkolben 14 den Abschlussdeckel 44b erreicht. An diesem Punkt ist der Druckkolben 14 in einer gelösten Position, so wie auch die Feststellbremse des Fahrzeugs. Wenn der löseseitige Fluiddruck RSP an der Löseöffnung 28 nachlässt, bleibt der Pendelstift 38 im wesentlichen in der in 6 dargestellten Position, es sei denn, das Stellglied 10 ist so angebracht, dass die Schwerkraft eine Bewegung des Pendelstifts 38 auslösen kann. Die Sperrhülse 30 wird mit den Federn 42 gegen die Sperrmutter 32 gedrückt, und die Oberflächen 24 und 26 verbinden sich und sind bereit für einen weiteren Zyklus zum Anlegen der Feststellbremsen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel, Stellglied 10A; ist in 9–11 dargestellt. Das Stellglied 10A ist allgemein so konfiguriert und funktioniert im wesentlichen auf die gleiche Weise wie das Stellglied 10 aus 1–8, ausgenommen Folgendes. Das Stellglied 10A ist so strukturiert und konfiguriert, dass es Anzeigen der Kolbenbeaufschlagung, des Fluiddrucks und der Kolbenposition bereitstellt. Das Stellglied 10A umfasst einen Lastkolben 48, der sich in einem zweiten Abschlussdeckel 44e befindet, der unterschiedlich vom zweiten Abschlussdeckel 44b ausgebildet ist. Der Lastkolben 48 kann mit der Welle 16 in Schraubverbindung stehen. Eine Schraubverbindung zwischen dem Lastkolben 48 und der Welle 16 kann verstiftet sein, um ein Lösen der Verschraubung zu verhindern (nicht dargestellt). Die Welle 16 kann aus einem bestimmten Grund leicht axial verschiebbar sein, vgl. dazu weiter unten. Ein Lastfühlerhohlraum 50 kann zwischen dem Lastkolben 48 und dem zweiten Abschlussdeckel 44e ausgebildet sein. Der Hohlraum 50 kann mit Fluid gefüllt sein, bei dem es sich um hydraulisches Fluid oder ein anderes, äquivalentes Medium handeln kann. Oder eine (nicht dargestellte) Kraft- oder Druckfühlervorrichtung kann in den Hohlraum 50 eingebracht sein oder anstelle des Hohlraums 50 verwendet werden. Der Hohlraum 50 kann des weiteren mindestens eine Feder 52 enthalten, die am zweiten Abschlussdeckel 44e angebracht ist. Die mindestens eines Feder 52, in 11 als vier Federn 52 dargestellt, drückt den Lastkolben 48 nach rechts, wie in 9 dargestellt. Dieser Zwang soll eine maximale Fluidfüllung des Hohlraums 50 sicherstellen. Das Stellglied 10A kann des weiteren O-Ringe 78 und 79 besitzen, die in Vertiefungen des Kolbens 48 und zwischen dem Kolben 48 und dem zweiten Abschlussdeckel 44e untergebracht sind. Die O-Ringe 78 und 79 dichten das Fluid im Hohlraum 50 ab.
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Das Stellglied 10A kann ferner einen mechanischen oder elektrischen Lastsensor 54 besitzen, der mit dem Hohlraum 50 verbunden ist. Der Sensor 54 ist so konfiguriert, dass er den Fluiddruck im Hohlraum 50 misst und eine Anzeige abgibt, ob der Druckkolben 14 in angelegter Position verriegelt und die Feststellbremse angelegt ist. Diese Anzeige ist möglich, weil eine Spannung oder Last auf die Welle 16 gelegt wird, wenn der anlegeseitige Fluiddruck ASP an der Anlegeöffnung 20 nachgelassen hat oder von dieser beseitigt worden ist. Die Welle 16 bewegt sich sehr gering, aber doch genug, so dass der Lastkolben 48 (in 9–11) nach links verschoben wird und den Druck im Hohlraum 50 erhöht. Der zweite Abschlussdeckel 44e umfasst einen Lastkolbenspalt 56 zwischen dem Lastkolben 48 und einer Wand des zweiten Abschlussdeckels 44e. Die Lücke 56 ist vom Hohlraum 50 durch den O-Ring 79 abgedichtet. Die Lücke 56 kann so gestaltet sein, dass wenn es irgendwie zu einem Fluidaustritt aus dem Hohlraum 50 kommt und der Fluiddruck abfällt, während eine Anzeige durch den Sensor 54 einer angelegten Feststellbremse oder eines verriegelten Druckkolbens 14 aufgrund des Austretens verloren gehen kann, der Druckkolben 14 noch immer in einer angelegten Position ist und die Feststellbremse des Fahrzeugs noch immer angelegt ist.
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Das Ausführungsbeispiel der 9–11 kann auch eine oder mehrere Positionsfühlervorrichtungen 58 umfassen. Die Vorrichtungen 58 können beispielsweise ein Paar elektrischer oder mechanischer Kontakte sein, die aus praktischen gründen nur in 10 dargestellt sind. Die eine oder mehreren Positionsfühlervorrichtungen 58 können auf dem Druckkolben 14 und/oder dem ersten Abschlussdeckel 44a oder sonst wo auf oder im Stellglied 10A angebracht sein, um festzustellen und anzuzeigen, wenn der Druckkolben 14 sich in der gelösten Position befindet und folglich die Feststellbremse des Fahrzeugs gelöst ist.
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Wie in 9–11 dargestellt, kann das Stellglied 10A ein Stangenschutzrohr 74 besitzen, das am ersten Abschlussdeckel 44a befestigt oder einstückig mit diesem ausgebildet ist, und einen Ring 75, der von einem Stift 76 gehalten wird, um die Stange 18 vor Umwelteinflüssen zu schützen.
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Zusätzlich kann das Stellglied 10A eine Abdeckung 77 besitzen, die dazu dient, den Kolben 48 zu bedecken. Die Abdeckung 77 ist mit Bolzen 44c und Mutter 44d am zweiten Abschlussdeckel 44e befestigt.
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Der zweite Abschlussdeckel 44e des Stellglieds 10A ist anders konfiguriert als der zweite Abschlussdeckel 44b des Ausführungsbeispiels des Stellglieds 10. Anstelle der bügelartigen 46 Anbringungskonfiguration des Stellglieds 10 ist das Stellglied 10A mit einem seitlich angebrachten Halteelement 46a versehen, das vier Öffnungen 46b zur Sicherung des Stellglieds 10A an einem (nicht dargestellten) Eisenbahnfahrzeug besitzt.
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Die Funktionsweise des Stellglieds 10A ist im wesentlichen die gleiche wie beim Stellglied 10, ausgenommen die Funktion der Last 48 mit ihrer Last-/Druckanzeige 54 und die eine oder mehreren Positionsfühlervorrichtungen 58, sämtlich wie oben beschrieben.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das Stellglied 10B, ist in 12 als Teil der Feststellbremse 200 montiert dargestellt. Das Stellglied 10B ist am Bremszylinder 210 befestigt, der an einem Eisenbahnfahrzeugdrehgestell montiert ist. Das Stellglied 10B ist über den Bügel 45 in Arbeitsverbindung mit dem Hebel 220, der mit dem Bremszylinder 210 verbunden ist. Der Hebel 220 reagiert auf Kräfte zur Bewegung eines Bremskolbens 215 des Bremszylinders 210, um die Bremsen des Eisenbahnfahrzeugs anzulegen und zu lösen. Eine der Kräfte kann von einem pneumatischen und/oder elektrischen System ausgehen, von denen eines oder beide die Bremsen eines Eisenbahnfahrzeugs und eines Zuges bedienen kann. Eine andere Kraft kann von einer manuellen, hydraulischen und/oder elektrischen Feststellbremse ausgehen, wie etwa der hydraulischen Feststellbremse 200. Die Feststellbremse 200 kann eine Pumpe 225 besitzen, die an einer Karosserie oder einem Drehgestell eines (nicht dargestellten) Eisenbahnfahrzeugs befestigt sein und mit dem Stellglied 10B in Arbeitsverbindung stehen kann, beispielsweise mit den Schläuchen 230, 235. Die Pumpe 225 kann unter Verwendung des Rads 227, das aber auch ein Griff oder eine gleichwertige Vorrichtung sein könnte, manuell-hydraulisch bedient werden. Die Pumpe kann ebenfalls elektrisch-hydraulisch bedient werden (nicht dargestellt). Die Pumpe 225 besitzt einen Fluidtank 229 und schafft über den Schlauch 230 den anlegeseitigen Fluiddruck ASP an der Anlegeöffnung 20 des Stellglieds 10 und schafft über den Schlauch 235 den löseseitigen Fluiddruck RSP an der Löseöffnung 28.
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Die Arbeitsverbindung des Bügels 45 mit dem Hebel 220 des Bremszylinders 210 – beispielsweise eine (nicht dargestellte) Kette – ist so ausgestaltet, dass die Stellgliedstange 18 des Stellglieds 10B nicht von Kräften betroffen ist, die von anderen Quellen als der Pumpe 225 direkt am Bremszylinder 210 aufgebracht werden. In einer gelösten Position der Feststellbremse 200 ist die Kette durchhängend bzw. ohne Spannung. Wenn die Feststellbremse 200 über das Stellglied 10B angelegt wird, spannt sich die Kette infolge der Bewegung der Stellgliedstange 18. Der Hebel 220 wird während des Anlegevorgangs der Feststellbremse 200 nach links bewegt (in 12). Wenn die Feststellbremse 200 über Betätigung des Stellglieds 10B gelöst wird, geht der Hebel 220 mit Hilfe der (nicht dargestellten) Federn im Bremszylinder 210 in seine Ausgangsstellung zurück.
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Die Pumpe 225 und das Stellglied 10 können als Einheit ausgebildet sein, ohne die Notwendigkeit der Schläuche 230, 235. Diese einstückige oder unitäre Einheit kann an einem geeigneten Ort auf dem Eisenbahnfahrzeug befestigt und direkt oder indirekt mit den Bremsen des Fahrzeugs verbunden sein.
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Die Stellglieder 10, 10A und 10B besitzen Sperrmechanismen 22 zum Verriegeln des Druckkolbens 14 in angelegter Position. Folglich ist eine Unterdrucksetzung nicht nötig, um die Feststellbremse in angelegter Position zu halten.
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Da der Sperrmechanismus 22 nur funktionsfähig ist, nachdem der anlegeseitige Fluiddruck ASP an der Anlegeöffnung 20 der Stellglieder 10, 10A und 10B empfangen worden ist, ist ein Fluiddruck, beispielsweise der löseseitige Fluiddruck RSP, nicht erforderlich, um die Feststellbremse in gelöster Stellung zu halten.
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Zwar wurde die vorliegenden Offenbarung im Detail beschrieben und illustriert, es ist aber deutlich darauf hinzuweisen, dass dies nur illustrativ und beispielhaft erfolgt und nicht einschränkend interpretiert werden darf. Der Geist und der Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung können nur von den Bedingungen der nachstehenden Patentansprüche eingeschränkt werden.
