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Pneumatischer Druckübersetzer, insbesondere für lastabhängig gesteuerte
Eisenbahndruckluftbremsen Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Druckübersetzer,
insbesondere für lastabhängig gesteuerte Eisenbahndruckluftbremsen, dessen übersetzungsverhältnis
kontinuierlich veränderbar ist und der einen in einer Wirkungsrichtung vom zu übersetzenden
Eingangsdruck beaufschlagten Kolben, einen ein Doppelventil betätigenden Rückführkolben
und ein den Kolben mit dem Rückführkolben verbindendes Glied aufweist.
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Für Eisenbahndruckluftbremsen sind bereits Druckübersetzer mit kontinuierlich
verstellbarem Übersetzungsverhältnis bekannt. Diese Druckübersetzer weisen zwei
Kolben auf, die an den beiden Enden eines Waagebalkens angelenkt sind. Der Drehpunkt
des Waagebalkens ist dabei verschieblich, so daß er entsprechend dem gewünschten
übersetzungsverhälnis eingestellt werden kann. Außerdem sind diese Druckübersetzer
noch mit einem von einem der Kolben direkt gesteuerten Doppelventil versehen, das
den vom Druckübersetzer gelieferten Ausgangsdruck überwacht. Diese Druckübersetzer
weisen jedoch den Mangel auf, daß sie nur einen kleinen übersetzungsbereich zu umfassen
vermögen, da sich das Übersetzungsverhältnis bei Annäherung des Drehpunktes an einen
derAnlenkungspunkte eines Kolbens an dem Waagebalken sehr rasch ändert und der Einstellbereich
vor dem Kolben daher infolge der Unmöglichkeit einer exakten Einstellung praktisch
nicht ausgenutzt werden kann. Außerdem kann die Einstellung des Übersetzungsverhältnisses
nur bei völlig entlastetem Waagebalken, d. h. bei pneumatisch unbeaufschlagtem Druckübersetzer
erfolgen.
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Weiterhin ist zum selbsttätigen Angleichen des Bremsdruckes von Druckluftbremsen
an die Belastung eines Fahrzeuges ein Druckübersetzer bekannt, der ein den Bremsdruck
überwachendes Doppelventil, das unmittelbar von einem vom Bremsdruck entgegen dem
Eingangsdruck beaufschlagten Kolbensystem gesteuert ist, und einen mit dem genannten
Kolbensystem über eine Anschlagkupplung zusammenwirkenden Steuerkolben, der entgegen
dem Eingangsdruck von einem durch ein Hilfsventil rein lastabhängig gesteuerten
Druck belastet ist, aufweist. Das vom Eingangsdruck gespeiste Hilfsventil hält dabei,
sobald während Bremsungen die Druckhöhe des Eingangsdruckes die Druckhöhe des lastabhängigen
Druckes überschreitet, den lastabhängigen Druck unabhängig von den Bewegungen des
Steuerkolbens konstant. Aus dieser Arbeitsweise des Druckübersetzers ergibt sich,
daß das Übersetzungsverhältnis vom Eingangsdruck zum Bremsdruck zwar während der
Tätigkeit des Druckübersetzers änderbar ist, daß aber bei teilbeladenem Fahrzeug
der Bremsdruck bis zu vom Fahrzeugbelastungsgrad abhängigen Bremsstärken wie bei
einem völlig unbelasteten Fahrzeug gesteuert wird und erst bei die genannten Bremsstärken
überschreitenden Bremsungen annähernd entsprechend der tatsächlich vorhandenen Fahrzeugbelastung
ansteigt. Bei teilbeladenem Fahrzeug und schwachen Bremsungen bewirkt der Druckübersetzer
also ein wesentlich zu schwaches Abbremsen.
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Den gleichen Mangel weist ein weiterer, bereits bekannter Druckübersetzer
auf, der eine in ihrer Vorspannung unmittelbar lastabhängig einstellbare mechanische
Feder, einen von dieser Feder entgegen dem übersetzten Ausgangsdruck belasteten
Kolben, einen vom zu übersetzenden Eingangsdruck und der Kraft einer Feder entgegen
einem Speisedruck beaufschlagten Kolben und ein von den beiden Kolben gesteuertes,
den Ausgangsdruck überwachendes Doppelventil besitzt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Schaffung
eines Druckübersetzers der eingangs gegebenen Art, der einen großen Übersetzungsverhältnisbereich
zu umfassen vermag, dessen übersetzungsverhältnis genau einstellbar ist, der auch
während seiner Tätigkeit ein Verstellen seines übersetzungsverhältnisses erlaubt
und der stets, also bei allen Eingangsdrücken, dem eingestellten Übersetzungsverhältnis
entsprechend übersetzte Ausgangsdrücke liefert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben
entgegen dem Eingangsdruck von einer in ihrer Federkonstante entsprechend dem jeweiligen
Übersetzungsverhältnis einstellbaren Feder belastet ist und daß das den Kolben mit
dem Rückführkolben
verbindende Glied elastisch ausgebildet ist.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die
Feder eine Luftfeder ist, deren Luftvolumen einstellbar ist, wenn die Feder eine
Schraubenfeder ist, deren Gänge mit einem unelastischen Gewindestück verschraubbar
sind, oder wenn die Feder eine in ihrer wirksamen Federlänge einstellbare Drehstabfeder
ist, die über ein Getriebe mit dem Kolben gekoppelt ist.
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Bei der letztgenannten Ausführungsart läßt sich ein in seinem Übersetzungsbereich
besonders weit regelbarer Druckübersetzer mit einem im ganzen Regelbereich gleichmäßig
guten Einstellmöglichkeit bei mäßigem Aufwand unter der Voraussetzung schaffen,
daß die Drehstabfeder stets in ihrer vollen Länge ausgenutzt wird. Hierzu wird erfindungsgemäß
mit beiden Enden der an einer einstellbaren Stelle ihrer Längserstreckung drehfest
gelagerten Drehstabfeder je einer der vorstehend gekennzeichneten Druckübersetzer
gekoppelt, wobei die von den Druckübersetzern gesteuerten Teildrücke in entgegengesetzter
Wirkungsrichtung einen Differentialkolben beaufschlagen, der zusammen mit einem
vom Ausgangsdruck beaufschlagten Rückführkolben ein den genannten Ausgangsdruck
überwachendes Doppelventil steuert.
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In den Zeichnungen F i g. 1 und 2 sind zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele
der Erfindung in Verbindung mit einer Eisenbahn-Druckluftbremse schematisch dargestellt.
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Von einer Hauptluftleitung 1 führt eine Zweigleitung 3 zu einem Bremssteuerventil
5, das mit einem Hilfsluftbehälter 7 in Verbindung steht. Mit dem Bezugszeichen
9 ist der Bremszylinder der Druckluftbremse bezeichnet.
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Gemäß F i g. 1 führt von dem Bremssteuerventil 5 eine Rohrleitung
11 in. einen ringförmigen Zylinderraum 13 eines Druckübersetzers 15, der von einem
Rückführkolben 17 und einem mit diesem verbundenen, in einer Gehäusezwischenwand
19 abgedichtet geführten Rohrteil 21 begrenzt ist. Der Rückführkolben 17 weist auf
seiner dem Zylinderraum 13 abgewandten Seite einen Ventilsitz 23 auf, der zusammen
mit einem ihn mit Abstand ringförmig umschließenden, an einer Gehäusezwischenwand
25 befestigten Ventilsitz 27 und einer Doppeldichtplatte 29 ein Doppelventil 23,
27, 29 bildet. Innerhalb des Ventilsitzes 23 und des Rohrteiles 21 weist der Rückführkolben
17 eine Durchbohrung 31 auf. Zwecks pneumatiscber Entlastung der Doppeldichtplatte
29 ist diese mit zwei konzentrischen, im Durchmesser mit den Ventilsitzen 23 bzw.
27 übereinstimmenden Rohrteilen 33 bzw. 35 versehen, die im Ventilgehäuse mittels
Wänden 37 bzw. 39 abgedichtet geführt sind. Der vom Rückführkolben 17 und der Gehäusezwischenwand
25 begrenzte Zylinderraum 41 steht mit dem Bremszylinder 9 und über Bohrungen 43,
welche die Doppeldichtplatte 29 in der von den Durchmessern der Ventilsitze 23 und
27 begrenzten Ringfläche durchbrechen, mit einem von den Wänden 37 und 39 begrenzten
Entlastungsraum 45 in Verbindung. Irn Entlastungsraum 45 ist eine schwache, die
Doppeldichtplatte 29 belastende Druckfeder 47 und im Zylinderraum 41 eine den Rückführkolben
17 beaufschlagende Druckfeder 59 angeordnet. Innerhalb des engeren Rohrteiles 33,
das ins Freie mündet, ist die Doppeldichtplatte 29 durchbrochen. Ein von den Wänden
25 und 39 begrenzter Raum 49 ist über eine Rohrleitung mit dem Hilfsluftbehälter
7 verbunden. Vom Zylinderraum 13 führt ein Luftkanal 51 in einen Zylinderraum 53,
der vom Boden des Ventilgehäuses und von einem Kolben 55 begrenzt ist. Auf der dem
Zylinderraum 53 abgewandten Seite trägt der Kolben 55 ein in einer Gehäusezwischenwand
57 abgedichtet geführtes Rohr 61. Der zwischen dem Kolben 55 und der Gehäusezwischenwand
57 befindliche Ringraum 63 ist über eine dicht unterhalb der Gehäusezwischenwand
57 im Rohr 61 angebrachte Bohrung 65 im Ruhezustand des Druckübersetzers 15 mit
der Atmosphäre verbunden. Vom Ringraum 63 führt eine Rohrleitung 67 zu einem Zylinder
69, dessen Kolben 71 wagenbelastungsabhängig gesteuert ist. Zwischen dem Kolben
55 und dem Rückführkolben 17 ist eine weiche Druckfeder 73 ohne Vorspannung eingelegt.
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Im Ruhezustand des Druckübersetzers 15 bei gelöster Bremse nehmen
dessen Einzelteile bis auf das Ventil 23, 29 die aus F i g. 1 ersichtlichen Lagen
ein. Die Rohrleitung 11, die Zylinderräume 13 sowie 53 und die Räume 41 und 45 sind
drucklos, im Raum 49 herrscht der Hilfsbehälterdruck, und der über die Bohrung 65
entlüftete Raum 63 ist mit einem von der Fahrzeugbelastung abhängigen Volumen im
Zylinder 69 verbunden. Das Ventil 27, 29 ist geschlossen und das Ventil 23, 29 entgegen
der Darstellung in F i g. 1 geöffnet.
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Beim Bremsen werden die Rohrleitung 11 und die Zylinderräume 13 und
53 mit einem der eingestellten Bremsstufe entsprechenden Druck vom Bremssteuerventil
5 beaufschlagt. Der Rückführkolben 17 hebt sich daher an, schließt das Ventil
23, 29 und öffnet das Ventil 27, 29. Aus dem Raum 49 strömt nunmehr Druckluft
in den Raum 41 und den Bremszylinder 9 ein. Gleichzeitig hierzu bewirkt die Druckbeaufschlagung
des Zylinderraumes 53 ein Verschieben des Kolbens 55, wobei die Feder 73 gespannt,
das im Raum befindliche Luftvolumen von der Atmosphäre durch Überschleifen der Bohrung
65 abgetrennt und verdichtet wird, bis sich nach einem bestimmten Hubweg ein Gleichgewichtszustand
einstelle. Der Hubweg hängt dabei von der Stellung des Kolbens 71 im Zylinder 69
ab, da sich mit dem Volumen im Zylinder 69 auch die Federkonstante der im Ringraum
63 eingeschlossenen Luftmenge ändert. Wenn im Zylinderraum 41 ein Druck eingesteuert
ist, der am Rückführkolben 17 eine dessen Beaufschlagung über den Zylinderraum 13
und die Feder 73 im Gleichgewicht haltende Kraft ausübt, senkt sich der Rückführkolben
17 unter Schließen des Ventils 27, 29 in seine dargestellte Lage ab. Im Zylinderraum
41 und im Bremszylinder 9 stellt sich also eine vom eingestellten Volumen des Zylinders
69 und von der eingesteuerten Bremsstufe abhängige Druckhöhe ein. Mit einem Ansteigen
des Druckes in der Rohrleitung 11 und/oder mit einer Vergrößerung des Volumens im
Zylinder 69 steigt der in den Bremszylinder 9 eingesteuerte Druck an, und mit einer
Verringerung des Druckes in der Rohrleitung 11 und/oder einer Verringerung des Volumens
im Zylinder 69 sinkt auch der im Bremszylinder 9 herrschende Druck.
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Zum Lösen der Bremse werden die Rohrleitung 11 und die Zylinderräume
13 und 53 entlüftet. Der im Zylinderraum 41 herrschende Druck schiebt zusammen mit
der Feder 59 den Rückführkolben 17 und über die Feder 73 unter Entspannen des im
Ringraum
63 eingeschlossenen Luftvolumens den Kolben 55 in die
unteren Endlagen. Das Ventil 23, 29 öffnet sich dabei und bewirkt eine Entlüftung
des Bremszylinders 9 und des Zylinderraumes 41. Die Bohrung 65 gelangt wieder in
Verbindung zu der im Ringraum 63 enthaltenen Luft und gewährleistet, daß diese unter
Atmosphärendruck steht.
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Die F i g. 2 zeigt einen Druckübersetzer, mit dem sich ein besonders
weiter Übersetzungsbereich überdecken läßt. übereinstimmende Bezugszeichen in den
F i g. 1 und 2 bezeichnen einander entsprechende Teile. Es sind gemäß F i g. 2 zwei
gleichartig aufgebaute, im wesentlichen dem Druckübersetzer nach F i g. 1 entsprechende
Druckübersetzer 15' und 15" vorgesehen. Lediglich der Zylinderraum 13, die Gehäusezwischenwände
19 und 57 sowie das Rohr 61 und der Ringraum 63 fehlen bei den Druckübersetzern
15' und 15". Die Luftkanäle 51' und 51" verbinden die Räume 49' bzw. 49" mit den
Zylinderräumen 53' und 53", und die Kolben 55' und 55" sind mit abgedichtet ins
Freie ragenden Ausbuchtungen 75' und 75" versehen. An den Ausbuchtungen 75' und
75" sind Zahnstangen 77' und 77" befestigt, in die zum Ventilgehäuse unverschicblich
gelagerte Zahnräder 79' und 79" eingreifen. Die Zahnräder 79' und 79" sind mit je
einem Ende einer im Ruhezustand spannungslosen Drehstabfeder 81 drehfest verbunden.
Auf der Drehstabfeder 81 ist ein auf dieser und gegen das Ventilgehäuse drehfest
gelagerter Gleitstein 83 längsverschieblich angeordnet. Die Rohrleitung 11 führt
vom Bremssteuerventil 5 in die Räume 49' und 49", und die Zylinderräume 41' und
41" sind über Rohrleitungen 85' und 85" mit einem Zylinderraum 87 bzw. 89 eines
Relaisventils 91 verbunden. Die Zylinderräume 87 und 89 dieses Relaisventils sind
durch einen Differentialkolben 93 voneinander getrennt, der auf seiten des Zylinderraumes
89 von einer Feder 95 belastet ist und ein Ventilrohr 97 trägt. Das Ventilrohr 97
durchdringt abgedichtet eine gehäusefeste Trennwand 99 und endet in einem Zylinderraum
101 mit einem Ventilsitz 103 vor einer Doppeldichtplatte 105, deren zweiter Dichtfläche
ein gehäusefester Ventilsitz 107 zugeordnet ist. Das Ventilrohr 97 trägt einen abgedichtet
auf ihm verschieblichen Rückführkolben 109, der den Zylinderraum 101 von einem ständig
Atmosphärendruck führenden Raum 111 abtrennt. Im Raum 111 befindet sich eine den
Rückführkolben 109 belastende Feder 113 und am Ventilrohr 97 ein dem Rückführkolben
109 zugeordneter Anschlag 115. Die Doppeldichtplatte 105 ist ähnlich den Doppeldichtplatten
29' und 29" der Druckübersetzer 15' und 15" ausgebildet und gelagert. Das Ventil
105, 107 überwacht eine Verbindung des Zylinderraumes 101, von dem eine Rohrleitung
zum Bremszylinder 9 führt, mit einem mit dem Hilfsluftbehälter 7 in Verbindung stehenden
Raum 117, und das Ventil 103, 105 ist in eine Entlüftung des erstgenannten
Zylinderraumes 101 eingeschaltet.
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Der Gleitstein 83 wird an eine der gewünschten Druckübersetzung entsprechenden
Stelle der Längserstreckung der Drehstabfeder 81 eingestellt.
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Bei einer Druckbeaufschlagung der Rohrleitung 11 zu Beginn einer Bremsung
heben sich die Kolben 55' und 55" unter Spannen der Federn 73' und 73" und Verwinden
der am Ort des Gleitsteins 83 drehfest gelagerten Drehstabfeder 81 an. Die Größe
der Hubbewegung der Kolben 55' und 55" hängt dabei von der in die Rohrleitung 11
eingespeisten Druckhöhe und von der jeweilig wirksamen Länge der Drehstabfeder 81,
d. h. von der Stellung des Gleitsteins 83, ab. Die Federn 73' und 73" drücken die
Rückführkolben 17
und 17" mit einer ihrer Spannung entsprechenden Kraft aufwärts,
so daß sich die bisher geöffneten Ventile 23', 29' und 23", 29" schließen und die
Ventile 27', 29' und 27", 29" öffnen. Aus den Räumen 49' bzw. 49" strömt nunmehr
Druckluft in die Zylinderräume 41' bzw. 41" ein, bis sich in diesen ein der Belastung
der Rückführkolben 17' bzw. 17" entsprechender Druck aufgebaut hat und die Ventile
27', 29' und 27", 29" wieder geschlossen werden. Der Druck in den Zylinderräumen
41' und 41" wird dabei im allgemeinen unterschiedlich sein und hängt von der Lage
des Gleitsteins 83 ab. Im dargestellten Beispiel nach F i g. 2 befindet sich der
Gleitstein 83 auf der linken Hälfte der Drehstabfeder 81, so daß entsprechend der
dem Druckübersetzer 15' zugeordneten größeren Federhärte der Druck im Zylinderraum
41' geringer als im Zylinderraum 41" sein wird.
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Die von den Druckübersetzern 15' und 15" überwachten Drücke gelangen
über die Rohrleitungen 85' und 85" in die Zylinderräume 87 bzw. 89 des Relaisventils
91 und bewirken infolge der dem Zylinderraum 87 zugekehrten größeren wirksamen Fläche
des Differentialkolbens 93 ein Anheben des letzteren. Das bisher den Bremszylinder
9 entlüftende Doppelventil 103, 105, 107 wird daher umgesteuert, so daß das Ventil
105, 107 geöffnet wird und den Zylinderraum 101 sowie den Bremszylinder 9 mit Druckluft
beaufschlagt. Sobald eine bestimmte, noch geringe Druckhöhe in den Zylinderraum
101 eingesteuert ist, wird der Rückführkalben 109 aus seiner oberen Endlage, die
er unter der Kraft der Feder 113 bisher eingenommen hat, gegen den Anschlag 115
abgesenkt, so daß er in Wirkungsverbindung zum Differentialkolben 93 tritt. Sobald
eine der Kraftwirkung des Differentialkolbens 93 entsprechende Druckbeaufschlagung
im Zylinderraum 101 erreicht ist, senkt sich das Kolbensystem 93, 109 bis zum Schließen
des Ventils 105, 107 ab. Im Bremszylinder 9 herrscht dann eine vom Druck in der
Rohrleitung 11 und der Stellung des Gleitsteins 83 abhängige Druckhöhe.
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Bei einem Verschieben des Gleitsteins 83 tritt eine Änderung der Charakteristik
jeder der den Kolben 55' und 55" zugeordneten Drehstabfederteile ein,
so daß durch Störung der Gleichgewichtslagen in den Druckübersetzern 15' und 15"
diese die Zylinderräume 87 und 89 mit in entgegengesetzter Richtung geänderten Drücken
beaufschlagen und der im Zylinderraum 101 herrschende Druck über das Doppelventil
103, 105, 107 um einen entsprechend größeren Betrag geändert wird.
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Das Lösen der Bremse erfolgt durch Entlüften der Rohrleitung 11 entsprechend
umgekehrt zu den vorgenannten Vorgängen.
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Die Feder 113 bewirkt im Zusammenhang mit der losen Lagerung des Rückführkolbens
109 auf dem Ventilrohr 97, daß bei jeder Betätigung des Druckübersetzers nach F
i g. 2 im Bremszylinder zumindest ein Mindestdruck erreicht wird.
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Die Zahnstangengetriebe 77', 79' und 77", 79" können durch einfache
Hebelgetriebe ersetzt werden. Auch ist es möglich, jedes der Teile der Drehstabfeder
81 durch eine Spiralfeder zu ersetzen, mit deren Gängen ein unelastisches Gewindestück
verschraubbar ist. Auch kann beim Druckübersetzer nach F i g. 1 die Feder 73 durch
eine Luftfeder ersetzt werden.
Bei dem Beispiel nach F i g. 1 würde
man hierdurch ein noch vorteilhafteres Einstellungsverhalten des Druckübersetzers
erzielen.