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Selbstregelndes Führerbremsventil für Druckluftbremseinrichtungen
von Schienenfahrzeugen Die Erfindung bezieht ich auf ein selbstregelndes Führerbremsventil
für Druckluftbremseinrichtungen von Schienenfahrzeugen, bestehend aus einem handbetätigbaren
Vorsteuerventil und einem Relaisventil, wobei das Vorsteuerventil entweder durch
den von ihm selbst geregelten oder durch den vom Relaisventil in die Hauptluftleitung
eingesteuerten Druck selbstabschließend regelbar ist, und aus Einrichtungen zum
Erzeugen von Hochdruckfüllstößen sowie für die Niederdruckfüll- und Angleichperiode.
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Bei den bekannten Ausführungsformen selbstregelnder Führerbremsventile
mit Füllstoßeinrichtung wird der Hauptluftleitungsdruck durch ein Relaisventil überwacht,
das unter dem Einfluß des Unterschiedes zwischen einem Steuerdruck und dem Hauptluftleitungsdruck
steht, wobei der Steuerdruck für das Relaisventil durch Verstellen des Führerhebels
an einem Vorsteuerventil kontinuierlich veränderlich ist und wobei der vom Vorsteuerventil
selbst eingestellte steuernde Druck dieses in die Abschlußstellung zurückführt.
Bei Führerbremsventilen dieser Art sind Füllstoß- und Angleicheinrichtungen bekannt,
welche in der Füllstoßstellung und in der Angleichstellung durch direkte pneumatische
Beeinflussung des Relaisventilkolbens oder eines mit dem Relaisventilkolben gekuppelten
zweiten Kolbens die Hauptluftleitung über einen großen Querschnitt mit des Hauptluftbehälterleitung
verbinden und bei denen ein Zeitbehälter in Verbindung mit einer Auswahl von Düsen
den zeitlichen Ablauf der Hochdruckfüllperiode und der im Anschluß hieran einsetzenden
Niederdruckfüll- und Angleichperiode beeinflußt derart, daß abhängig von der Füllstoßdauer,
der Zeitbehältergröße und der Abmessungen der Düsen der während der Hochdruckfüllperiode
und teilweise auch während der Niederdruckfüllperiode erforderliche große Füllquerschnitt
offengehalten wird.
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Diese selbstregelnden Führerbremsventile mit Füllstoßeinrichtung haben
jedoch den Nachteil, daß bei einem vom Fahrzeugführer eingeleiteten Füllstoß-oder
Angleichvorgang proportional hierzu der Zeitbehälter aufgefüllt wird und der Zeitbehälterdruck
im Anschluß an die Hochdruckfüllperiode auch während der Niederdruckfüllperiode
und der Angleichperiode auf die den großen Füllquerschnitt steuernde Kolbenfläche
einwirken kann. Bei einer innerhalb dieses Zeitraumes eventuell eintretenden zugseitigen
Notbremse würde neben dem Nachspeisequerschnitt auch der große Füllquerschnitt aufgestoßen
und die Wirksamkeit der Notbremsung erheblich beeinträchtigt.
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Außerdem haben diese selbstregelnden Führerbremsventile den Nachteil,
daß während der vom zweiten Relaiskolben gesteuerten Angleichperiode die Reibungskräfte
und eventuelle Seitenkräfte des zweiten Kolbens zu den bereits vorhandenen Reibungskräften
hinzuaddiert werden, so daß die Gesamtempfindlichkeit des Relaisventils während
der Angleichperiode erheblich verschlechtert wird.
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Bei weiteren bekannten Ausführungsformen selbstregelnder Führerbremsventile
mit Füllstoß- und Angleicheinrichtung wird ebenfalls während der Hochdruckfüllperiode
durch direkte pneumatische Beeinflussung eines mit dem Relaisventilkolben gekuppelten
zweiten Kolbens und während der Angleichperiode durch direkte pneumatische Beeinflussung
des Relaisventilkolbens die Hauptluftleitung über den großen Querschnitt des Relaisventils
mit der Hauptluftbehälterleitung verbunden, wobei ebenso ein Zeitbehälter den Ablauf
der Angleichperiode steuert.
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Bei Führerbremsventilen dieser Art wird vom Fahrzeugführer manuell
eine Querschnittsveränderung in der Weise vorgenommen, daß durch Veränderung der
Handgriffstellung über Nocken ein Querschnittsschaltventil betätigt wird. Dieses
hat den Nachteil, daß entweder zu früh der große Füllquerschnitt von der Hauptluftleitung
abgetrennt wird, oder aber der große Füllquerschnitt des Querschnittsschaltventils
bleibt während der Niederdruckfüllperiode und Angleichperiode geöffnet. Bei einer
im letzteren Falle eintretenden zugseitigen Notbremsung wird über einen großen Querschnitt
nachgespeist und die Wirksamkeil der Notbremse erheblich beeinträchtigt.
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Es sind weiterhin selbstregelnde Führerbremsventile für Druckluftbremsen
bekanntgeworden, bei denen der vom Relaisventil gesteuerte Druck das
Vorsteuerventil
in die Abschlußstellung bringt. Bei Führerbremsventilen dieser Art sind Füllstoß-
und Angleicheinrichtungen bekannt, die auf ein mit den Regelgliedern des Vorsteuerventils
gekuppeltes Steuerglied einwirken derart, daß die Regelungswirkung des Vorsteuerventils
pneumatisch über den durch eine Feder vorgegebenen Regelbereich hinaus während der
Hochdruck- und Niederdruckfüllperiode erhöht wird, wodurch das Einlaßventil des
Relaisventils in äffnungsstellung gezwungen wird und außerdem der das Steuerglied
beeinflussende Zeitbehälterdruck gleichzeitig am Relaisventil auf ein den großen
Füllquerschnitt steuerndes Organ einwirkt.
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Diese selbstregelnden Führerbremsventile mit Füllstoß- und Angleichereinrichtung
haben ebenfalls den Nachteil, daß der während der Hochdruck-, Niederdruck- und Angleichperiode
wirksame Zeitbehälterdruck den großen Füllquerschnitt geöffnet hält, so daß bei
einer zugseitigen Notbremsung die Wirksamkeit dieser Bremsung ebenfalls erheblich
beeinträchtigt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten
selbstregelnden Führerbremsventile zu beseitigen und ein selbstregelndes Führerbremsventil
mit Füllstoß- und Angleicheinrichtung zu schaffen, das ausschließlich in Abhängigkeit
von dem tatsächlichen Luftbedarf der Hauptluftleitung und der Hilfsluftbehälter
den großen Füllquerschnitt nach Beendigung der Hochdruckfüllperiode während der
anschließenden Niederdruckfüllperiode automatisch schließt und verriegelt, so daß
gewährleistet ist, daß der große Füllquerschnitt nur im unbedingt notwendigen Zeitraum
zum Füllen der Hauptluftleitung geöffnet ist und während der Niederdruckfüllperiode
und der Angleichperiode die notwendige Sicherheit gegen Nachspeisen übergroßen Querschnitt
bei zugseitiger Notbremsung vorhanden ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an, der Einlaßventile
unterschiedlichen Querschnitts für die Hauptluftleitung steuernden Ventilstange
des Relaisventils in einem Führerbremsventil der eingangs genannten Art eine während
der Höchdruckfüllperiode pneumatisch oder mechanisch beeinflußbare Verriegelungseinrichtung
vorgesehen ist, mit deren Hilfe die Ventilstange, ein Öffnen des Einlaßventils kleineren
Querschnitts zulassend, gegen ein Betätigen des Einlaßventils größeren Querschnitts
außerhalb der Hochdruckfüllperiode verriegelbar ist.
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In. dem Führerbremsventil ist als Weiterbildung gemäß der Erfindung
der vom Hauptluftleitungsdruck entgegen dem vom Vorsteuerventil geregelten Steuerdruck
beaufschlagte und die Höhe des Luftdrucks in der Hauptluftleitung beeinflussende
Membrankolben des Relaisventils mittels einer Federkupplung kraftschlüssig mit der
Ventilstange verbunden. Die Verriegelungseinrichtung ist hierbei auf der Mittelachse
der Ventilstange angeordnet und durch einen als Füllstoßkolben wirkenden Membrankolben
mit Rohr steuerbar. Das Einlaßventil kleineren Querschnitts zum Nachspeisen und
das Einlaßventil größeren Querschnitts zum Füllen der Hauptluftleitung sind hintereinander
angeordnet und nach dem Öffnen des Einlaßventils kleineren Querschnitts beim Füllstoß
kraftschlüsig miteinander verbindbar.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im
Mittelschnitt dargestellt. Das Führerbremsventil besteht aus einem Vorsteuerventil1
und einem Relaisventil 2. Das Vorsteuerventil enthält einen Hohlstößel
3, der mittels eines Handgriffes 9 in bekannter Weise in Längsrichtung bewegbar
ist. Die Längsbohrung des Stößels 3 ist am oberen Ende geschlossen, am unteren Ende
dagegen als Sitz für einen Ventilkörper 4 ausgebildet und steht über Radialbohrungen
5 mit einer den Stößel 3 umgebenden Ringkammer 6 in ständiger Verbindung. Am Stößel
3 befinden sich Nocken 8, 7, 10 und 11, die in Abhängigkeit der vom Handgriff 9
eingelegten Stellungen jeweils entweder ein federbelastetes Angleichventil12, ein
federbelastetes Füllstoßventil13; ein federbelastetes Abschlußventil14 oder ein
federbelastetes Schnellbremsventil15 betätigen. Die Betätigungsvorrichtung für das
Angleichventi112 kann auch so gewählt werden, daß die Betätigung über einen besonderen,
vom Führerbremshebel unabhängigen Mechanismus erfolgt. Die Ventilkammern 16 und
17 der Ventile 13 bzw. 12 werden bei betätigtem Ventil mit dem Raum 18, der durch
seine Verbindungen mit der Ringkammer 6 unter Hauptbehälterdruck steht, verbunden,
bei nicht betätigtem Ventil von ihm abgetrennt. Die Kammer 19 des Abschlußventils
14 stellt die Verbindung zum Nachspeiseventil des Relaisventils 2 dar und ist bei
geöffnetem Abschlußventil mit der Hauptluftleitung 20 verbunden. Bei geöffnetem
Schnellbremsventil 15 wird die Hauptluftleitung 20 über einen großen Querschnitt
mit der Atmosphäre verbunden.
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Der untere Teil des Vorsteuerventils 1 enthält eine Membran 21, in
der ein Ventilrehr 22 befestigt ist, das auf einer Seite dichtend durch eine Trennwand
23 führt und das mit seinem als Ventilsitz ausgebildeten oberen Ende unter der als
Dichtfläche dienenden Grundfläche des Ventilkörpers 4 liegt. Am anderen Ende trägt
das Ventilrohr 22 einen Kolben 24, der in einer Kolbenkammer 25 dichtend geführt
ist. Eine Feder 26 mit veränderbarer Vorspannung sucht die Membran 21 in Richtung
auf den Ventilkörper 4 zu drücken. Eine die Feder aufnehmende Kammer 27 ist durch
eine Entlüftungsbohrung des Ventilrohres 22 und mit der Atmosphäre verbunden. Zum
Verändern. der Vorspannung der Feder 26 dient eine Stellschraube 28. Die Kammer
16 des Füllstoßventils 13 ist ungedrosselt mit einer Kammer des Relaisventils 2
und die Kammer 17 des Angleichventils 12 über eine Drossel 29 mit einem Zeitbehälter
30 verbunden. Der Zeitbehälter 30 steht mit der Kolbenkammer 25 in Verbindung.
Zur zeitabhängigen Entlüftung der -Kolbenkammer 25, des Zeitbehälters 30 und damit
zum zeitabhängigen Angleichen einer überladenen Hauptleitung an den Regeldruck dient
eine im Federteller 31 befindliche Düse 32, die über die Kammer 27 ins Freie führt.
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Das Relaisventil 2 enthält eine mit einem Membrankolben 33 durch eine
Feder 34 verbundene Ventilstange 35, die auf der einen Seite durch eine mit Anschlägen
36 versehene Gehäusewand 37 hindurchgeführt ist und mit ihrem als Ventilsitz ausgebildeten
oberen Ende unter der als Dichtfläche dienenden Grundfläche eines federbelasteten
Nachspeiseventils 38 liegt. In axialer Verlängerung des Nachspeiseventils 38 befindet
sich ein druckentlastetes Füllventil 39 großen Querschnitts. Die Kammern 40 und
41 des Relaisventils 2 sind ständig mit dem Hauptluftbehälter, die Kammer 42 über
einen großen Querschnitt direkt und die Kammer 43 über das Abschlußventil
14
des -Vorsteuerventils 1 mit der Hauptluftleitung 20 verbunden. Der in der Kammer
43 über das Abschlußventi114 von der Hauptluftleitung anstehende Druck kann über
die hohlen Ventilkörper des Nachspeiseventils 38 und des Füllventils 39 in der Entlüftungsstellung
des Relaisventils ins Freie entweichen. Der Membrankolhen 33 steht in einer Kammer
44, an die ein. Ausgleichbehälter 45 angeschlossen ist, unter dem Einfluß des vom
Vorsteuerventil1 vorgegebenen Steuerdruckes und in einer Kammer 46 unter dem Einfluß
des über eine Düse 47 von der Hauptluftleitung 20 zugeführten Regeldruckes.
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Das untere Ende der Ventilstange 35 ist mit einer Eindrehung 48 versehen,
in die die Kugeln 49 einer Verriegelungseinrichtung eingreifen können. Die Kugeln
49 sind in einem Gehäuse 50 gelagert, wodurch eine axiale Verschiebung der Kugeln,
wie sie die Ventilstange 35 ausführen kann, verhindert wird. Ein mit einem Membrankolben
51 verbundenes Rohr 52 ist am oberen Ende mit einer Verdickung 53 versehen, durch
die die Kugeln 49 am seitlichen Herausspringen aus der Eindrehung 48 der Ventilstange
35 gehindert werden, solange ein Raum 54 unter dem Membrankolben 51 drucklos ist
und eine Druckfeder 55 den Membrankolben 51 und das Rohr 52 in die äußere Endlage
gegen einen Gehäuseanschlag 56 zwingt. Die Eindrehung 48 in der Ventilstange 35
ist in ihrer Länge so bemessen, daß bei wirksamer Verriegelungseinrichtung die Ventilstange
35 nur einen zum Öffnen des Nachspeiseventils 38 und zum Entlüften der Kammer 43
erforderlichen Hub ausführen kann. Die Kammer 54 des Relaisventils 2 steht ausschließlich
in der Füllstoßstellung über das geöffnete Füllstoßventil 13 des Vorsteuerventils
1 mit dem Hauptbehälter in Verbindung. In jeder anderen Handgriffstellung wird die
Kammer 54 durch eine Bohrung im Füllstoßventil 13 entlüftet gehalten.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist wie folgt:
In der Ruhelage befinden sich alle beweglichen Teile in den gezeichneten Stellungen.
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Zum Lösen der Bremsen mittels Füllstoß gelangt beim Drehen des Handgriffes
9 der Nocken 7 unter den Stößel des Füllstoßventils 1.3 in die Füllstoßstellung
und öffnet dieses entgegen der Federkraft. Der in der Kammer 18 anstehende, über
die Ringkammer 6 vom Hauptluftbehälter zugeführte Druck gelangt in die Kammer 54
des Relaisventils 2. Der Membrankolben 51 und das Rohr 52 bewegen sich gegen die
Kraft der Feder 55 nach oben, so daß zuerst die am Rohr 52 befindliche Verdickung
53 von den Kugeln 49 geschoben wird und erst dann das Rohr kraftschlüssig an der
Ventilstange 35 zur Anlage kommt. Bei diesem Bewegungsvorgang werden die Kugeln
49 aus der an der Ventilstange 35 befindlichen Eindrehung 48 ausgehoben, da das
Rohr 52 den erforderlichen Spielraum freigibt. Die Ventilstange wird soweit nach
oben bewegt, bis der Membrankolben 33 an den Gehäuseanschlägen 36 zur Anlage kommt
und dabei sowohl das Nachspeiseventil38 als auch das Füllventil 39 gegen die Kraft
ihrer Federn geöffnet wurde.
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Gleichzeitig wurde bei der Betätigung des Handgriffes 9 in bekannter
Weise wegabhängig das Ein-und Auslaßventil 4 des Vorsteuerventils 1 so gesteuert,
daß die Kammer 44 des Relaisventils 2 und der Ausgleichbehälter 45 mit Steuerdruck
beaufschlagt werden. Bei der Betätigung des Handgriffes 9 gelangt außerdem der Nocken
8 unter den Stößel des Angleichventils 12 und öffnet dieses gegen die Kraft einer
Feder. Der in der Kammer 18 anstehende Hauptbehälterdruck gelangt über die Drossel
29 vorbereitend für die der Hochdruckfüllperiode nachfolgende Niederdruckfüllperiode
oder die Angleichperiode in den Zeitbehälter 30 und von dort in die Kolbenkammer
25, in der ein mit dem Ventilrohr 22 und der Membran 21 verbundener Kolben 24 dichtend
geführt wird. Der Kolben 24 und die Ventilstange 22 werden nach oben bewegt und
das Einlaßventil4 geöffnet, wodurch die Regelungswirkung pneumatisch über den durch
die Feder 26 vorgegebenen Regelbereich erhöht wird und damit erhöhter Steuerdruck
für die Niederdruckfüll- und Angleichperiode in die Kammer 44 des Relaisventils
2 und in den Ausgleichbehälter 45 gelangt.
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Bei Beendigung der Hochdruckfüllperiode wird der Handgriff 9 des Vorsteuerventils
1 aus der Füllstoßstellung herausbewegt. Die Kammer 54 des Relaisventils 2 wird
über die Bohrung des Füllstoßventils 13 entlüftet. Die auf die Membran 51 und das
Rohr 52 des Relaisventils einwirkende Feder 55 bewegt den Membrankolben 51 mit dem
Rohr 52 in Richtung zum Gehäuseanschlag 56 so weit, bis die am Rohr 52 angeordnete
Verdickung 53 an den Kugeln 49 zur Anlage kommt. Die Kugeln 49 sind während der
Hochdruckfüllperiode aus, der Eindrehung 48 der Ventilstange 35 seitlich ausgehoben
und ruhen auf dem äußeren Ventilstangendurchmesser. Die Ventilstange 35 führt ausschließlich
in Abhängigkeit vom sinkenden Luftbedarf der Hauptluftleitung und der Hilfsluftbehälter
eine langsame Bewegung nach unten aus, also im Schließsinn der Ventile 38 und 39,
da bei sinkendem Luftbedarf der über die Drosselstelle 47 auf den Membrankolben
33 einwirkende Hauptleitungsdruck langsam ansteigt. Die Kugeln 49 der Verriegelungseinrichtung
greifen in dem Augenblick in die Eindrehung 48 der Ventilstange 35 ein, wenn das
Füllventil 39 bei der Abwärtsbewegung der Ventilstange geschlossen ist. Die Feder
55 bewegt das Ventilrohr 52 und den Membrankolben 51 gegen den Gehäuseanschlag 56,
so daß die Verdickung 53 die Kugeln 49 umschließt und gegen erneutes Herausspringen
sichert. Hierdurch ist sichergestellt, d'aß bei einer auftretenden zugseitigen Notbremsung
nunmehr die Ventilstange 35 nur eine Bewegung entsprechend der Länge der Eindrehung
48 ausführen kann und ein Nachspeisen über den großen Querschnitt des Füllventils
verhindert wird.
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Bei einer eintretenden zugseitigen Notbremsung wird die Kammer 43
des Relaisventils direkt und die Kammer 46 über die Bohrung 47 über die Hauptluftleitung
mit der Atmosphäre verbunden und beide Räume annähernd drucklos. Der in der Kammer
44 vorhandene Steuerdruck bewegt den Membrankolben 33 in Richtung zum Anschlag 36.
Bei diesem Bewegungsvorgang wird die Ventilstange 35 so weit mitgenommen, bis das
Nachspeiseventil 38 geöffnet ist und dann die Verriegelungseinrichtung eine weitere
Bewegung der Ventilstange verhindert. Jetzt wird die Druckfeder 34 so weit zusammengedrückt,
bis der Membrankolben 33 am Gehäuseanschlag 36 zur Anlage kommt. Durch die Druckfeder
34 ist sichergestellt, daß bei einer zugseitigen Notbremsung nicht die hohen Kolbenkräfte,
sondern nur die Federkraft 34, die den erforderlichen Öffnungskräften der
druckentlasteten
Ventile 38 und 39 entspricht, von der Verriegelungseinrichtung aufgefangen werden
muß.
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Die im Anschluß an eine Hochdruckfüllperiode einsetzende Niederdruckfüllperiod'e
oder auch die Angleichperiode wird vom Zeitbehälter 30 in Verbindung mit dem Betätigungskolben
24 des Vorsteuerventils so gesteuert, daß erhöhter und langsam abklingender Steuerdruck
auf den Membrankolben 33 des Relaisventils 2 zur Steuerung des Nachspeiseventils
38 einwirkt. Dadurch ist gewährleistet, daß auch während der Niederdruckfüll- und
Angleichperiode die hohe Gesamtempfindlichkeit des Führerbremsventils erhalten bleibt.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist sowohl bei Führerbremsventilen,
deren Vorsteuerventil durch den von ihm selbst geregelten Steuerdruck, als auch
bei Führerbremsventilen, deren Vorsteuerventil durch den vom Relaisventil in die
Hauptluftleitung eingesteuerten Druck in die Abschlußstellung zurückgeführt werden,
anwendbar.