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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektropneumatisch steuerbares
Relais einer Vakuumbremseinrichtung, insbesondere für Eisenbahnbremsen, mit einem
auf die Hauptvakuumleitung einwirkenden Führerbremsventil und einer an diese Leitung
angeschlossenen Vakuumpumpe, wobei das Führerbremsventil ein direkt steuerbares,
die Hauptvakuumleitung zur Atmosphäre anschließendes Verschlußorgan und einen elektrischen
Wählerschalter zur elektrischen Steuerung des in der Verbindung zwischen Vakuumpumpe
und Hauptvakuumleitung vorgesehenen Relais aufweist.
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Bekannt ist eine elektropneumatische Steuereinrichtung für eine Vakuumbremse
von Schienenfahrzeugen mit mindestens einem auf die Hauptvakuumleitung einwirkenden
Führerbremsventil und einer an die Hauptvakuumleitung anschließbaren Vakuumpumpe.
Dabei weist das Führerbremsventil einerseits ein an die Hauptvakuumleitung des oder
der Fahrzeuge angeschlossenes Verschlußorgan auf, mit dessen Hilfe die Bremse durch
Anschluß der Hauptvakuumleitung an die Atmosphäre direkt steuerbar ist, und andererseits
einen elektrischen Wählerschalter auf, mit dessen Hilfe ein über ein unabhängiges
elektropneumatisches Organ die anderen Vorgänge der Bremsbetätigung steuerbar sind,
wobei dieses Organ zwischen mindestens einer Vakuumpumpe und der Hauptvakuumleitung
angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektropneumatisch steuerbares
Relais hoher Empfindlichkeit zu schaffen, wo die Empfindlichkeit von der Kolbenfläche
abhängig sein soll. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei
voneinander unabhängige, in wenigstens einer zylindrischen Bohrung des Relaisgehäuses
dichtend gleitbar gelagerte Kolben vorgesehen sind, die in der Bohrung drei Kammern
begrenzen, von denen die Eingangskammer ständig an die Vakuumpumpe angeschlossen
ist, und die End- und die Zwischenkammer mit Hilfe je eines von zwei Doppelmagnetventilen
wahlweise mit der Eingangskammer oder der Atmosphäre verbindbar sind, und durch
zwei in der Verbindung zwischen der Eingangskammer und einer an die Hauptvakuumleitung
angeschlossenen Ausgangskammer angeordneten Ventile mit unterschiedlichem Durchströmquerschnitt,
von denen jedes durch einen der beiden Kolben steuerbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung nach der Erfindung sind die beiden Kolben
in derselben zylindrischen Bohrung des Relaisgehäuses gleitbar und koaxial zueinander
angeordnet, und der zweite Kolben bildet einen geschlossenen Topf, der dichtend
und koaxial eine zentrale Öffnung des ersten Kolbens mit Luftdurchlässen durchsetzt
und in die Eingangskammer hineinragt, wobei der Boden des ersten Kolbens einen Ventilteller
großen Durchströmquerschnittes bildet und mit einem eine Öffnung großen Durchströmquerschnittes
zwischen der Eingangskammer und der Ausgangskammer umgebenden ringförmigen Ventilsitz
zusammenwirkt, während der Boden des zweiten Kolbens einen Ventilteller geringen
Durchströmquerscbnittes bildet und mit einem eine Öffnung geringen Durchströmquerschnittes
umgebenden ringförmigen Ventils im Boden des ersten Kolbens zusammenwirkt.
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Zweckmäßig ist der die Endkammer begrenzende Wirkquerschnitt des zweiten
Kolbens größer als jener des am ersten Kolben befestigten Ventiltellers großen Durchströmquerschnittes.
Vorteilhaft ist der Ventilteller großen Durchströmquerschnittes des ersten Kolbens
fest mit einem dritten Kolben verbunden, der koaxial zu den anderen Kolben und auf
der anderen Seite der Ausgangskammer in einer Bohrung des Relaisgehäuses dichtend
gleitbar angeordnet und mit einer in Öffnungsrichtung des Ventiltellers wirkenden
Rückstellfeder zusammenarbeitet. Dabei ist der Wirkungsquerschnitt des Ventiltellers
großen Durchströmquerschnittes größer als jener des dritten Kolbens.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden der Aufbau des Führerbremsventils
vereinfacht und der Raumbedarf auf ein Minimum herabgesetzt. Auch wird die Leitungsführung
vereinfacht, da die Leitungen weniger zahlreich und auf einen viel größeren Raum
verteilt sind, und nicht mehr sämtliche Anschlüsse dieser Leitungen im Führerbremsventil
angeordnet werden müssen. Hinzu kommt noch, daß bei Anordnung von zwei Führerbremsventilen,
die bisher zwischen den beiden Führerbremsventilen in den Führerständen sich erstreckende
teure und lange Leitung in Fortfall kommt.
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Die Erfindung ist an Hand eines in der Zeichnung dargestellten elektropneumatisch
steuerbaren Relais einer Vakuumbremseinrichtung näher erläutert.
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Es zeigen in schematischer Darstellung F i g. 1 bis 3 senkrechte Schnitte
durch das Relais in verschiedenen Betriebsstellungen.
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Das Gehäuse 35 eines Relais 12 weist eine zylindrische Bohrung 36
auf, in der zwei voneinander unabhängige Kolben 37 und 38 gleitend geführt sind,
die beispielsweise Ringdichtungen 39 aus elastischem Material enthalten. Der zweite
Kolben 38 bildet einen geschlossenen Topf 40, der koaxial und dichtend eine zentrale
Öffnung des ersten Kolbens 37 durchsetzt, wobei zwischen dem Kolben 37 und dem Topf
40 eine elastische Dichtung 41 vorgesehen ist. Der geschlossene Topf
40 ragt in einen durchbrochenen Topf 42 hinein, der die Fortsetzung des Kolbens
37 bildet.
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Dieser Kolben 37 und eine innere Trennwand 43 des Relaisgehäuses 35
begrenzen in der Bohrung 36 und um den geschlossenen Topf 40 des Kolbens
40
herum eine Eingangskammer 44, die ständig mit dem an Vakuumpumpen
20 und 21 angeschlossenen Rohrstutzen 16 in Verbindung steht. In dieser Eingangskammer
44 sind die Drücke beiderseits des Topfes 42 des Kolbens 37 gleich, da dieser Topf
42 durchbrochen ist.
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Der Kolben 38 und eine Wand oder Deckel 45 des Relaisgehäuses 35 begrenzen
in der Bohrung 36 eine Endkammer 46, in welcher der Druck durch eine ferngesteuerte
Einrichtung, insbesondere durch das Magnetventil 25 überwacht wird. Dieses
wird durch ein Doppelventil gebildet und weist daher zwei Verschlußkörper 47 und
48 auf, die am Kern des Elektromagneten 49 befestigt sind, dessen Erregung durch
Wählerschalter steuerbar ist. Die Verschlußkörper 47 und 48 wirken mit zwei Ventilsitzen
50 bzw. 51 zusammen, mit deren Hilfe wahlweise eine Verbindung zwischen einerseits
einer Mittelkammer 52, die über einen mit einer Düse 54 versehenen Kanal 53 mit
der Endkammer 46 verbunden ist, und andererseits einer zur Atmosphäre entlüfteten
Kammer 55, oder einer über einen Kanal 57 an die Eingangskammer 44 angeschlossenen
Kammer 56
herstellbar ist.
Die beiden Kolben 37 und 38 begrenzen
in der Bohrung 36 eine Zwischenkammer 58, in welcher der Druck durch eine ferngesteuerte
Einrichtung, insbesondere durch ein Magnetventil 24, überwacht wird. Das Magnetventil
24 weist zwei Verschlußkörper 15 und 159 auf, die am Kern des Elektromagneten 60
befestigt sind, dessen Erregung mit Hilfe von Wählerschaltern steuerbar ist. Die
Verschlußkörper 158 und 159 wirken mit zwei Ventilsitzen 61 bzw. 62 zusammen, und
erlauben die wahlweise Verbindung zwischen einerseits einer Mittelkammer 63, die
über einen mit einer Düse 65 versehenen Kanal 64 an die Zwischenkammer 58 angeschlossen
ist, und andererseits einer zur Atmosphäre entlüfteten Kammer 66 oder einer über
einen Kanal 68 an die Eingangskammer 44 angeschlossenen Kammer 67.
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Wenn die beiden Magnetventile 24 und 25 nicht erregt sind (F i g.
1), so entlüften ihre Verschlußkörper 158 bzw. 47 die Zwischenkammer 58 bzw. die
Endkammer 46 zur Atmosphäre, und ihre Verschlußkörper 159 bzw. 48 dichten die Kammern
58 bzw. 46 gegenüber der Eingangskammer 44 ab. Ist das Magnetventil 25 erregt,
hingegen das Magnetventil 24 nicht erregt (F i g. 2), so ist die Endkammer 46 über
den Verschlußkörper 48 mit der Eingangskammer 44 verbunden und über den Verschlußkörper
47 von der Atmosphäre getrennt, während die Zwischenkammer 58 über den Verschlußkörper
158 mit der Atmosphäre verbunden und über den Verschlußkörper 159 von der Eingangskammer
44 getrennt ist.
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Wenn beide Magnetventile 24 und 25 erregt sind (F i g. 3), so sind
die Zwischenkammer 58 bzw. die Endkammer 46 von der Atmosphäre getrennt und an die
Eingangskammer 44 angeschlossen.
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Die Innentrennwand 43 des Relaisgehäuses 35 weist eine Öffnung 69
großen Durchströmquerschnittes auf, welche zur Bohrung 36 koaxial angeordnet ist,
und mit deren Hilfe die Eingangskammer 44 mit einer Ausgangskammer 70 verbindbar
ist, in welche ein an die Hauptvakuumleitung angeschlossener Rohrstutzen 14 einmündet.
Der Rand dieser Öffnung 69 in der Trennwand 43 bildet einen ringförmigen Ventilsitz
71 für einen Ventilteller 72 großen Durchströmquerschnittes, der durch den Boden
des durchbrochenen Topfes 42 des Kolbens 37 gebildet wird, wobei der Ventilteller
72 mit einem Dichtungsring 73 versehen ist. Der Ventilteller 72 weist eine zentrale
Öffnung 74 geringen Durchströmquerschnittes auf, mit deren Hilfe und über die Öffnung
69 die Eingangskammer 44 mit der Ausgangskammer 70 verbindbar ist. Der Ventilteller
72 bildet am Rand der Öffnung 74 einen ringförmigen Ventilsitz 75, der mit einem
Ventilteller 75 zusammenwirkt. Dieser wird durch den Boden des geschlossenen Topfes
40 des Kolbens 38 gebildet und ist mit einem Dichtungsring 77 versehen.
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Demzufolge steuert der Kolben 37 unmittelbar den Ventilteller 72 großen
Durchströmquerschnittes, und der Kolben 38 einen Ventilteller 76 geringen Durchströmquerschnittes.
Der Kolben 38 kann mittels einer die Endkammer 46 durchsetzenden und auf seine entgegengesetzte
Seite sich erstreckende Stange mit einem Ventilteller geringen Durchströmungsquerschnittes
verbunden sein, welcher mit einem festen Ventilsitz zusammenwirkt, um eine Verlängerung
der Eingangskammer mit einer Verlängerung der Ausgangskammer zu verbinden. Bei der
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist der Kolben 37 der Wirkung einer
in Öffnungsrichtung des Ventils 71, 72 wirkenden Rückstellfeder 78 in einer Kammer
84 unterworfen. Diese stützt sich beidseitig an einer durchbrochenen Wand 79 des
Relaisgehäuses 35 und an einem in einer Bohrung 81 gleitend gelagerten Kolben 80
ab. Die Bohrung 81 ist koaxial zur Bohrung 36, aber auf der gegenüberliegenden Seite
der Ausgangskammer 70 angeordnet. Der Kolben 80 ist mit einem Dichtungsring 82 versehen
und mittels Rippen 83 mit dem Ventilteller 72 fest verbunden.
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Die Wirkungsweise des Relaisorgans 12 hängt von Steuerorganen des
im Betrieb stehenden Führerbremsventils ab. Das Führerbremsventil bestimmt nämlich
einerseits den Erregungszustand oder den Ruhezustand der Magnetventile 24 und 25
und andererseits die Größe des Unterdrucks der Vakuumpumpen 20 und 21.
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Jedes Führerbremsventil kann mehrere Stellungen einnehmen, die wie
folgt bezeichnet werden: Verriegelungsstellung, Prüfstellung, Bremsstellung, Betriebsstellung
und Bremslösstellung.
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In der Verriegelungsstellung, bei der sich das Triebfahrzeug in Betrieb
befindet, schließt ein Kontakt eines Wählerschalters den Elektromotor der Vakuumpumpe
20 an eine nicht dargestellte Stromquelle so an, daß die Vakuumpumpe 20 mit kleinerer
Drehzahl läuft und in der Leitung 17 und der Eingangskammer 44 einen bestimmmten
Unterdruck aufrechterhält. Die Magnetventile 24 und 25 sind nicht erregt, so daß
die Ventilteller 72 und 76 auf ihre Ventilsitze 71 und 75 gedrückt werden, da die
Kolben 37 und 38 von dem in den Kammern 46 und 58 herrschenden atmosphärischen Druck
beaufschlagt werden, während in der Eingangskammer 44 der durch die Vakuumpumpe
20 bestimmte Unterdruck und in der Ausgangskammer 70 der Unterdruck der Hauptvakuumleitung
herrschen. Demzufolge ist die Verbindung zwischen der an die Ausgangskammer 70 angeschlossenen
Hauptvakuumleitung und der Eingangskammer 44 unterbrochen.
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In dieser Verriegelungsstellung kann das Triebfahrzeug wie ein gewöhnlicher
Wagen geschleppt werden. In diesem Fall sind die Magnetventile 24 und 25 nicht erregt.
Die Vakuumpumpen 20 und 21 sind außer Betrieb. Von nun an herrscht in den Kammern
46 und 58 des Relais 12 atmosphärischer Druck. In der Ausgangskammer 70 herrscht
der Unterdruck der Hauptvakuumleitung, während in der Eingangskammer kein Unterdruck
herrscht. Trotzdem werden die Ventilteller 72 und 76 auf ihre Sitze 71 und 75 gedrückt
und unterbrechen bzw. verriegeln die Verbindung der Ausgangskammer 70 mit der Eingangskammer
44. Der in der Ausgangskammer 70 herrschende Druck unterstützt infolge des Anschlusses
der Hauptvakuumleitung an den Rest des Zuges das Schließen des Ventiltellers 72
des Kolbens 37, denn der Wirkquerschnitt dieses Ventiltellers 72 ist größer als
jener des Kolbens 80.
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In der Prüfstellung wird die Pumpe 20 nur mit geringer Durchsatzleistung
angetrieben, und die Magnetventile 24 und 25 sind nicht erregt. Demzufolge unterbricht
das Relais 12 die Verbindung zwischen der Eingangskammer 44 und der Ausgangskammer
70 (F i g. 1), so daß die Hauptvakuumleitung an die Vakuumpumpe 20 nicht angeschlossen
ist.
In der Bremsstellung wird der Unterdruck in der Hauptvakuumleitung
zerstört. Demzufolge herrscht in den Kammern 46 und 58 atmosphärischer
Druck, da die Magnetventile 24 und 25 nicht erregt sind. In der Eingangskammer 44
herrscht der von der Vakuumpumpe 20 bestimmte Unterdruck; in der Ausgangskammer
70 herrscht kein Unterdruck mehr (F i g. 1). Da der der Endkammer 46 gegenüberliegende
Wirkquerschnitt des Kolbens 38 größer ist als jener des vom Kolben 37 getragenen
Ventiltellers 72, verbleibt dieser selbst im Falle einer Vollbremsung auf seinem
Sitz 71. Ebenso bleibt der Ventilteller 76 auf seinem Sitz 75 angedrückt. Folglich
sind die Kammern 44 und 70 voneinander getrennt, und die Hauptvakuumleitung kann
von nun ab nicht mehr an die Vakuumpumpe 20 angeschlossen werden.
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In der Betriebsstellung ist das Magnetventil 25 erregt (F i g. 2).
Unter diesen Bedingungen herrscht in der Eingangskammer 44 und in der Endkammer
46 der von der Vakuumpumpe 20 bestimmte Unterdruck, während in der Zwischenkammer
58 atmosphärischer Druck herrscht und in der Ausgangskammer 70 jener Unterdruck
vorhanden ist, der auch in der Hauptvakuumleitung herrscht. Außerdem sind der ringförmige
Wirkquerschnitt des Kolbens 37, der Wirkquerschnitt des Kolbens 80 und die Spannung
der Rückstellfeder 78 so gewählt, daß die durch den in der Kammer 58 herrschenden
atmosphärischen Druck auf den Kolben 37 ausgeübte Kraft größer ist als die Summe
der Kraft der Rückstellfeder 78 und die auf den Kolben 80 durch den atmosphärischen
Druck in der Kammer 84 aufgebrachte Kraft. Daraus ergibt sich, daß einerseits der
Ventilteller 72 großen Durchströmquerschnittes des Kolbens 37 auf seinen Sitz 71
angedrückt wird und andererseits der Kolben 38 sich gegen Anschläge 85 im Relaisgehäuse
anlegt, wobei der Ventilteller 76 geringen Durchströmquerschnittes dieses Kolbens
38 vom Ventilsitz 75 abgehoben wird. Die Eingangskammer 44 steht somit über die
öffnung 74 geringen Durchströmquerschnittes mit der Ausgangskammer 70 in
Verbindung. Diese öffnung gewährleistet die Selbstregelung der Bremse.
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In der Bremslösestellung laufen die Vakuumpumpen 20 und
21 mit hoher Drehzahl, so daß in der Eingangskammer 44 ein hoher Unterdruck
herrscht. Die Magnetventile 24 und 25 sind dabei erregt (F i g. 3). Unter diesen
Bedingungen sind die Drücke in den Kammern 44, 46 und 58 einander angeglichen. Bei
Beginn des Bremslösens, herrscht in der Ausgangskammer 70 ein Unterdruck, dessen
Wert jenem des der vorhergehenden Bremsung entsprechenden Druckes gleich ist, d.
h., daß zu Beginn des Bremslösens der Unterdruck in der Kammer 70 geringer ist als
jener in der Eingangskammer 44.
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Zu dieser durch die Druckdifferenz zwischen den Kammern 44, 46 und
58 einerseits und der Kammer 70 andererseits auf die beiden Kolben 37 und 38 einwirkenden
Kraft (der Unterdruck in den Kammern i 44, 46 und 58 ist größer als jener in der
Kammer 70) gesellen sich die durch die RücksteIlfeder 78 und die durch den atmosphärischen
Druck in der Kammer 84 bedingten, auf den Kolben 80 einwirkenden Kräfte, und öffnen
den Ventilteller 72 großen Durchströmquerschnittes, bis sich der Kolben 38 gegen
die Anschläge 85 und der am Kolben 37 befestigte Ventilsitz 75 gegen den Ventilteller
76 anlegt. Somit sind die Eingangskammer 44 und die Ausgangskammer 70 über die Öffnung
69 großen Durchströmquerschnittes miteinander verbunden, so daß die Hauptvakuumleitung
über eine Öffnung großen Durchströmquerschnittes an die Vakuumpumpen 20 und
21 angeschlossen ist.