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Dreidrucksteuerventil für Druckluftbremsen, insbesondere von Schienenfahrzeugen
Druckluftbremseinrichtungen für Schienenfahrzeuge werden sowohl mit Dreidrucksteuerventilen
als auch mit Zweidrucksteuerventilen ausgerüstet. Der wesentliche Unterschied dieser
beiden Steuerventilarten besteht darin, daß mit einem Dreidrucksteuerventil außer
einer stufenweisen Verstärkung der Bremskraft auch ein stufenweises Lösen der Bremse
möglich ist, während mit einem Zweidrucksteuerventil zwar stufenweise gebremst,
jedoch nur einstufig gelöst werden kann. Beide Steuerventilbauarten haben ihre Daseinsberechtigung
und so kommt es z. B. vor, daß bei einem Eisenbahnzug, dessen Wagen mit Zweidrucksteuerventilen
ausgerüstet sind, weitere Wagen mit Dreidrucksteuerventilen angehängt werden. Eine
andere Möglichkeit besteht darin, daß ein Güterzug von sehr großer Länge zusammengestellt
wird, so daß das Lösen der Bremseinrichtungen mit Dreidrucksteuerventilen infolge
des zur Vollösung höheren Luftbedarfes dieser Ventilbauart Schwierigkeiten bereiten
würde.
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In verschiedenen Fällen bedeutet es also einen wesentlichen betrieblichen
Vorteil, wenn die Bremseinrichtungen einheitlich nach dem Zweidrucksteuerprinzip
betrieben werden können. Hierauf beruht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe,
in einfacher und betriebssicherer Weise ein Dreidrucksteuerventil als Zweidrucksteuerventil
betreiben zu können.
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Die Erfindung besteht darin, daß das Dreidrucksteuerventil zum wahlweisen
Betrieb als Zweidrucksteuerventil mit einem Umstellorgan zwecks Verbindung des Raumes
an der Unterseite des vom Druck im Bremszylinder beaufschlagten Kolbens mit dem
der Oberseite dieses Kolbens gegenüberliegenden Raum sowie mit einem weiteren Umstellorgan
zur Verbindung der Steuerkammer konstanten Druckes mit dem Vorratsluftbehälter ausgerüstet
ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer
Weise dargestellt.
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Ein Dreidrucksteuerventil 1 einer Druckluftbremseinrichtung für Schienenfahrzeuge
hat einen durch eine Feder 2 belasteten Kolben 3, der die eine Begrenzungswand einer
Steuerkammer konstanten Druckes 5 im Gehäuse des Steuerventils bildet. Der Kolben
3 begrenzt außerdem mit seiner in der Zeichnung oberen Seite einen Raum 7, der mittels
einer Leitung 9 an eine weitere, mit der Hauptluftleitung 13 verbundene Leitung
11 angeschlossen ist. Vom Raum 7 des Dreidrucksteuerventils 1 führt außerdem eine
Leitung 15 zum Raum eines überwachungsventils 17, das mittels einer Leitung 19 mit
der Steuerkammer konstanten Druckes 5 verbunden ist. In die Leitung 19 ist eine
Drosseldüse 21 eingeschaltet, die in Wechselwirkung mit dem Volumen der Steuerkammer
5 in noch zu beschreibender Weise die Ansprechempfindlichkeit des Steuerventils
1 bestimmt. Von der Steuerkammer konstanten Druckes 5 führt außerdem eine Leitung
23 zu einem Umstellhahn 25, der in seiner gezeigten Stellung die Leitung 23 von
einer Leitung 27 trennt und dafür die Leitung 27 mit einem Zusatzbehälter 29 verbindet.
Die Leitung 27 ist an die Leitung 11 angeschlossen, die als Fülleitung zwischen
der Hauptluftleitung 13 und einem Vorratsluftbehälter 31 dient. Der Anschluß liegt
dabei zwischen einem Rückschlagventil 33 und einem weiteren Rückschlagventil 35,
welche beide eine Strömung nur in Richtung zum Behälter 31 zulassen. Eine Drosseldüse
37 sorgt für die zeitliche Übereinstimmung des Füllens des Behälters 31 mit dem
Lösevorgang der Bremse. Der Kolben 3 im Dreidrucksteuerventil 1 betätigt eine Kolbenstange
39, die ein beidseitig offenes hülsenförmiges Glied 41 trägt. Die Öffnung 43 dieser
Hülse mündet in einen Raum 45, der über eine Düse 47 mit der Außenluft verbunden
ist. Letztere Düse bestimmt die Lösezeit der Bremse. Das andere offene Ende der
Hülse 41 ist als Sitz 49 für einen Ventilteller 51 ausgebildet, welcher mit einem
weiteren Ventilteller 53 ein Doppelventil bildet. Der Ventilteller 53 liegt unter
Belastung durch eine Feder 55 auf einem Sitz 57 auf, der einen Teil einer Trennwand
59 zwischen zwei Räumen 61 und 53 bildet- Der Raum 63 wird außerdem durch einen
von der Hülse 41 getragenen Kolben 65 begrenzt, der die Trennwand bildet zwischen
Raum 63 und einem weiteren Gehäuseraum 67. Der Raum 67 ist mittels eines Umstellhahnes
69 in dessen gezeigter Stellung mit einem Auslaß 71 verbunden. Wird dieser Umstellhahn
gegen den Uhrzeigersinn um 90° gedreht, so wird der Raum 67 vom Auslaß 71 getrennt
und dafür mit einer Leitung 73 verbunden, die an den Raum 63 des Dreidrucksteuerventils
1 angeschlossen ist. Die Leitung 73 führt außerdem vom Raum 63 zum überwachungsventil17
zwecks Beaufschlagung von dessen Betätigungskolben 16 mit dem jeweiligen Druck im
Bremszylinder 77. Der Bremszylinderdruck wird dem
Raum 63 und damit
auch dem Kolben 16 durch eine Verbindungsleitung 79 übermittelt, die mittels eines
Ventils 81 überwacht wird. Letzteres Ventil wird von einem Kolben 83 geschlossen,
der über eine an die Leitung 79 angeschlossene Leitung 85 ebenfalls vom Druck im
Bremszylinder 77 beaufschlagt ist. Der Vorratsluftbehälter 31 ist durch eine Speiseleitung
87 mit dem Raum 61 des Dreidrucksteuerventils 1 verbunden. Eine in die Leitung 87
eingeschaltete Drosseldüse 89 sorgt für die Einhaltung des vorgeschriebenen zeitlichen
Anstieges des Bremsdruckes.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung beim Betrieb des Steuerventils
als Dreidrucksteuerventil ist folgende: In diesem Fall nehmen die beiden Umstellhähne
25 und 69 die gezeigten Stellungen ein, in welchen der Umstellhahn 25 die Leitung
23 und damit die Steuerkammer konstanten Druckes 5 von der zum Vorratsluftbehälter
31 führenden Leitung 27 trennt und den Zusatzbehälter 29 mit der Leitung 27 verbindet,
während der Umstellhahn 69 den Raum 67 des Steuerventils 1 an den Auslaß 71 anschließt.
Im vollgelösten Zustand der Bremse befinden sich deren einzelne Teile in den dargestellten
Lagen. Die Hauptluftleitung 13 ist mit dem höchsten Regeldruck von 5 atü aufgeladen,
und dieser Druck herrscht auch im Vorratsluftbehälter 31 und im Zusatzbehälter 29,
die ihre Füllung aus der Hauptluftleitung über die Verbindungsleitung 11 und die
Düse 37 erhalten. Des weiteren weist den genannten Höchstdruck auch der Raum 7 des
Dreidrucksteuerventils 1 auf, der über die Leitungen 9 und 11 mit der Hauptluftleitung
13 verbunden ist. Schließlich herrscht der Druck von 5 atü in der Steuerkammer konstanten
Druckes, weil das Überwachungsventil 17 mangels eines seinen Kolben 16 beaufschlagenden
Überdruckes geöffnet und somit die Steuerkammer 5 mit dem Raum 7 verbunden ist.
Letztere Verbindung besteht über die Empfindlichkeitsöffnung 21, deren Querschnitt
so dem Volumen der Steuerkammer 5 angepaßt ist, daß sich bei ungewollten Druckschwankungen
in der Hauptluftleitung 13 der Druck in der Steuerkammer mit demjenigen im Raum
7 ausgleichen kann, ohne daß es zu einer Bewegung des Kolbensatzes 3, 65 kommt.
Dieser Kolbensatz nimmt bei Druckgleichheit in den Räumen 5 und 7 unter der Wirkung
der Feder 2 seine in der Zeichnung unterste Stellung ein, in der das Einlaßventil
53 auf seinem Sitz 57 aufliegt und das Aus -laßventil 51 vom Sitz 49 abgehoben ist,
so daß der Bremszylinder 77 über die Leitung 79, den Raum 63, die Hülse 41 sowie
deren Auslaß 43, den Raum 45 und schließlich die Düse 47 entlüftet ist. Die Leitung
79 ist dabei durch das Ventil 81 nicht unterbrochen, da letzteres bei Nichtbeaufschlagung
seines Kolbens 83 unter Federwirkung geöffnet ist.
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Wird durch eine vom Lokomotivführer über ein nicht gezeigtes Führerbremsventil
veranlaßte, ausreichend schnelle Druckabsenkung in der Hauptluftleitung 13 auch
der Druck im Raum 7 des Steuerventils 1 über die Leitung 9 abgesenkt, so vermag
die Empfindlichkeitsöffnung 21 diesen Druckabfall nicht mehr auszugleichen und das
entstehende Druckgefälle zwischen den Räumen 5 und 7 veranlaßt den Kolben 3 gegen
die Kraft der Feder 2 zu einer Aufwärtsbewegung. Bei dieser Bewegung kommt es zur
Auflage des Auslaßventils 51 auf seinem Sitz 49 und zum Abheben des Einlaßventils
53 vom Sitz 57. Damit kann Druckluft aus dem Vorratsluftbehälter 31, dessen Volumen
bei der gezeigten Stellung des Umschalthahnes 25 um dasjenige des Zusatzbehälters
29 vergrößert ist, durch die Leitung 87 und die Drossel 89 sowie den Raum 61 in
den Raum 63 strömen, von wo sie durch die Leitung 79 und das geöffnete Ventil 81
zum Bremszylinder 77 gelangt. Der Druckanstieg in letzterem verursacht den Abschluß
des Ventils 17 durch den Kolben 16, womit die Steuerkammer konstanten Druckes 5
vom Raum 7 getrennt ist und das Steuerventil damit seine Höchstempfindlichkeit erreicht
hat. Das Ventil 81 bleibt trotz der Beaufschlagung des Kolbens 83 infolge der Stärke
der Federbelastung weiter geöffnet. Hat der den Rückführkolben 65 einseitig beaufschlagende
Druck im Bremszylinder 77 eine solche Höhe erreicht, daß die Kraft dieses Kolbens
zusammen mit den Federn 2 und 55 sowie die Beaufschlagung des Kolbens 3 im Raum
7 ausreichen, um das Kolbensystem gegen die Beaufschlagung der Unterseite des Kolbens
3 durch den konstanten Druck der Steuerkammer 5 in eine neue Gleichgewichtsstellung
zu bewegen, so wird das Einlaßventil 53 geschlossen. Erst eine weitere Druckabsenkung
in der Haupterstleitung 13 veranlast den Kolben 3 zu einem erneuten Öffnen des Einlaßventils
53, womit es zu einer weiteren Bremsstufe kommt. In dieser bei Dreidrucksteuerventilen
bekannten Weise vollzieht sich die Aneinanderreihung der einzelnen Bremsstufen,
bis schließlich mit Erreichen des vorgeschriebenen Höchstdruckes im Bremszylinder
77 von ungefähr 3,5 atü das Ventil 81 durch den von diesem Bremszylinderdruck beaufschlagten
Kolben 83 geschlossen wird. Der Höchstdruck im Bremszylinder ist also selbst für
den Fall einer weiteren Druckabsenkung in der Hauptluftleitung 13 begrenzt.
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Soll die Bremse gelöst werden, so erhöht der Lokomotivführer je nach
der gewählten Lösestufe den Druck in der Hauptluftleitung 13 um einen entsprechenden
Betrag. Diese Druckerhöhung kommt über die Leitung 9 auch im Raum 7 des Dreidrucksteuerventils
zur Wirkung und veranlaßt das Kolbensystem 3, 65 zu einer Abwärtsbewegung mit der
Folge des öffnens des Auslaßventils 51, 49. Druckluft strömt aus dem Raum 63 durch
die Hülse 41 und den Drosselquerschnitt 47 ins Freie. Die damit verbundene Druckverringerung
im Raum 63 bedingt die Öffnung des Ventils 81, womit auch der Zylinder 77 an den
Auslaß 47 angeschlossen ist und entlüftet wird. Die mit dieser Entlüftung stattfindende
Verringerung des Druckes auf den Kolben 65 führt dazu, daß das Kolbensystem infolge
des konstant gebliebenen Überdruckes in der Steuerkammer 5 in eine Bremsabschlußstellung
zurückgezwungen wird, in welcher wieder beide Ventile 51 und 53 geschlossen sind.
Eine weitere Erhöhung des Druckes in der Hauptluftleitung 13 führt zu einer Wiederholung
des Vorganges, so daß eine Anzahl von Lösestufen aneinandergereiht werden können,
bis schließlich mit Erreichen des höchsten Regeldruckes in der Hauptluftleitung
die Bremse wieder voll gelöst ist. Kurz vor Erreichen dieser Vollösung kann auch
die schwache Federbelastung des Kolbens 16 den verbliebenen Restdruck im Bremszylinder
überwinden und das Ventil 17 öffnen. Über die damit hergestellte Verbindung zwischen
dein Raum 7 und der Steuerkammer 5 werden etwaige geringe Luftverluste in der letzteren
wieder ausgeglichen und außerdem sorgt nunmehr die Empfindlichkeitsöffnung 21 erneut
dafür, daß das Dreidrucksteuerventil nicht in ungewollter Weise anspricht. Während
des Lösens der Bremse, dessen zeitlicher Verlauf die Düse 47 überwacht hat, haben
sich die Behälter 29 und 31 aus der Hauptluftleitung 13 wieder gefüllt, wobei der
Drosselquerschnitt 37 für die zeitliche Anpassung des Füllvorganges an den Lösevorgang
sorgte.
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Soll das Dreidrucksteuerventil 1 als Zweidrucksteuerveutil betrieben
werden, so ist hierzu nur notwendig,
die beiden, zweckmäßig mechanisch
miteinander zu koppelnden Umstellhähne 25 und 69 aus der gezeigten Stellung um 90°
gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Damit trennt der Hahn 25 den Zusatzbehälter 29
vom Vorratsluftbehälter 31 und verbindet dafür die Steuerkammer konstanten Druckes
5 durch die Leitungen 23, 27 und 11 sowie über das Rückschlagventil 33 mit dem Behälter
31. Der Hahn 69 trennt in seiner neuen Stellung den Raum 67 im Steuerventil 1 vom
Auslaß 71 und verbindet ihn dafür über die Leitung 73 mit dem Raum 63. Letztere
Verbindung hat zur Folge, daß der im Dreidruckbetrieb einseitig mit Bremszylinderdruck
beaufschlagte Kolben 65 nunmehr zweiseitig von diesem Druck beeinflußt wird und
damit in seiner Wirkung ausgeschaltet ist. Im Steuerventil 1 wird jetzt allein der
Kolben 3 auf seiner einen Seite vom Druck in der Hauptluftleitung 13 und auf seiner
anderen Seite von demjenigen in der Steuerkammer 5 beaufschlagt, der infolge der
Leitungsverbindung 23, 27, 11 gleich dem Druck im Vorratsbehälter 31 ist. Eine sehr
wesentliche Rolle spielt in der vorstehenden Leitungsverbindung das Rückschlagventi1
33. Es läßt nur eine Strömung von der Kammer 5 zum Behälter 31 zu, so daß für die
Empfindlichkeit des Steuerventils bei vollgelöster Bremse und damit offenem Ventil
17 in gleicher Weise wie beim Betrieb als Dreidrucksteuerventil allein das Volumen
der Steuerkammer 5 (das Leitungsvolumen bis zum Rückschlagventil 33 kann dabei praktisch
vernachlässigt werden) wirksam ist. Kommt es zu einer ungewollten Druckabsenkung
in der Hauptluftleitung, so kann sich das Kammervolumen nur über die Empfindlichkeitsöffnung
21 in Richtung zum Raum 7 und damit zur Hauptluftleitung ausgleichen, während das
Volumen des Behälters 31 infolge des Rückschlagventils 33 von diesem Ausgleichsvorgang
getrennt ist. Läge diese Trennung nicht vor, so bedürfte es infolge der um den Behälter
31 vergrößerten Steuerkammer 5 einer Empfindlichkeitsöffnung 21 von größerem Querschnitt,
um die gleiche Empfindlichkeit wie beim Betrieb als Dreidrucksteuerventil zu erhalten.
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Wird vom Lokomotivführer durch Druckabsenkung - in der Hauptluftleitung
13 eine Bremsung eingeleitet, so stellt sich zunächst ein Überdruck in der Kammer
5 gegenüber dem Raum 7 des Steuerventils 1 ein, und der Kolben 3 bewegt sich gegen
die Kraft der Feder 2 unter Abschluß des Auslaßventils 51 und öffnen des Einlaßventils
53 nach oben. Druckluft strömt vom Behälter 31 zum Bremszylinder 77; wobei durch
den Druckanstieg in letzterem das Ventil 17 schließt und die Verbindung zwischen
den beiden Räumen 7 und 5 über die Empfindlichkeitsöffnung 21 unterbricht. Die Strömung
aus dem Behälter 31 zum Bremszylinder 77 bedingt einen Druckabfall in ersterem,
womit synchron verlaufend auch der Druck in der Kammer 5 abfällt, da diese Kammer
auf dem Weg 23, 25, 27, 33, 11 mit dem Behälter 31 leitend verbunden ist. Je nach
der Größe der Druckverringerung in der Hauptluftleitung 13 und damit auch im Raum
7 kommt es früher oder später zu einem Übergewicht der Beaufschlagung der Oberseite
des Kolbens 3 gegenüber der sinkenden Beaufschlagung von dessen Unterseite mit der
Folge, daß der Kolben schließlich eine neue Gleichgewichtslage einnimmt, in der
beide Ventile 53 und 51 geschlossen sind. Weitere Bremsstufen setzen jedesmal erneute
Drucksenkungen in der Hauptluftleitung 13 voraus. Nach Abschalten des Zusatzbehälters
29 ist das Volumen des Vorratsbehälters 31 so bemessen, daß sich bei Absenken des
Druckes in der Hauptluftleitung 13 auf den der Vollbremsung entsprechenden Wert
von 3,5 atü ein Druckausgleich zwischen dem Behälter 31 und dem Bremszylinder 77
in der Höhe von 3,5 atü einstellt, so daß in diesem Fall der Höchstdruckbegrenzer
81 überflüssig ist, weil auch eine noch stärkere Verringerung des Hauptleitungsdruckes
keine weitere Erhöhung des Druckes im Bremszylinder mit sich bringen würde. Während
also im Betrieb des Steuerventils 1 als Dreidrucksteuerventil die beiden Behälter
29 und 31 zusammen einen Überschuß an Druckluft enthalten, der den Höchstdruckbegrenzer
81 erforderlich macht, ist beim Betrieb als Zweidrucksteuerventil das Volumen des
Behälters 31 allein so gewählt, daß es bei Vollbremsung zum Druckausgleich mit dem
Bremszylinder kommt, wobei sowohl bei Dreidruck- als auch bei Zweidruckbetrieb der
Anstieg des Bremsdruckes, bezogen auf eine Einheit der Druckabsenkung in der Hauptluftleitung,
der gleiche ist.
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Beim Lösen der Bremse erhöht der Lokomotivführer den Druck in der
Hauptluftleitung und damit auch im Raum 7 des Steuerventils 1. Dabei werden sowohl
die Kammer 5 im Steuerventil über die Leitung 11, das Rückschlagventil 35, die Leitungen
27 und 23 über den Hahn 25 als auch der Luftbehälter 31 über die Leitung 11 und
die Rückschlagventile 35 und 33 wieder aufgefüllt, wobei die Drossel 37 für
den vorgeschriebenen zeitlichen Verlauf der Füllung sorgt. Infolge der verzögernden
Wirkung der Drossel 37 und der den Druck im Raum 7 unterstützenden Feder 2 bewegt
sich der Kolben 3 im Steuerventil bereits mit Beginn des Druckanstieges in der Hauptluftleitung
13 in seine Lösestellung und verbleibt dort, so daß eine Vollösung der Bremse erfolgt.
Denn die Druckluft entweicht ohne Unterbrechung aus dem Bremszylinder über das geöffnete
Ventil 51 und die Drossel 47. Mit Erreichen des gelösten Zustandes ist auch das
Ventil 17 wieder geöffnet, und die Düse 21 bestimmt die Ansprechempfindlichkeit
des Steuerventils, wobei infolge des Rückschlagventils 33 trotz der bestehenden
Verbindung zwischen Vorratsbehälter 31 und Kammer 5 nur das Volumen der Kammer 5
mit der Düse 21 in Wechselwirkung treten kann.
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Das Steuerventil 1 kann durch Umstellen der Hähne 25 und 69 um 90°
im Uhrzeigersinn in die dargestellte Lage wieder auf Dreidruckbetrieb umgestellt
werden.