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Mehrstufige Bretnsventil einrichtung für elektropneumatisch betätigbare
Federspeicherbremssnlagen, insbesondere in Schienenfahrzeugen Die Erfindung bezieht
sich auf eine mehrstufige Bremsventileinrichtung für elektropneumatisch betätigbare
Federspeicherbremsanlagen, insbesondere in Schienenfahrzeugen, mit einer die Lösedruckabsenkung
der Federspeicherzylinder lastabhängig steuernden, mit einer ein Lösedruckventil
betätigenden Differentialkolbenanordnung zusammenwirkenden Laststeuereinrichtung.
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Bei derartigen Federspeicherbremsanlagen wird die Bremswirkung bekanntlich.dadurch
erzielt, daß der die Federspeicherkolben in der Lösestellung haltende Lösedruck
ganz oder teilweise abgesenkt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung. zu sohaffen,
die ermdglicht, daß die liösedruckabsenkung in Abhringigkeit vom Beladungszustand
in mehreren Stufen, insbesondere. auf elektromagnetischem Wege durch Fernbedienung,
ausgelöst werden kann. Dieses Problem konnte bisher mit benzin herkömmlicher Weise
zur lastabhängigen Steuerung bei direkten oder indirekten i)ruckluftbremsen zusammenwirkenden
an sich bekannten Steuerorganen sicht gelöst werden.
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Die Aufgabe wird erfindung3gemäß dadurch gelöst, daß die Lastoteuereinrichtung
aus einem Druckübersetzer und einem als Zweidruckorgan ausgebildeten Druckumwandler
besteht, wobei ein vom DruckUbersetzer umgekehrt proportional zum Beladungszustand
ausgesteuerter lastabhangiger Vordruck durch Beaufschlagung des Druckumwandlers
die Aussteuerung eines Steuerdruckes umgekehrt proportional zum lastabhängigen Vordruck
bewirkt, und daß der lastabhängige Vordruck und der Steuerdruck gleichwirkend die
Differentialkolbenanordnung beaufschlagen und gemeinsam die Höhe des Lösedruckes
bzw. das Maß der stufenweisen Druckabsenkung des Lösedruckes bestimmen.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß mit abnehmender Beladung dem Fahrzeuges
ein zunehmender Vordruck vom Druckübersetzer ausgesteuert wird, der einerseits direkt
die Differentialkolbenanordnung und andereraeits den Druckumwandler beaufschlagt,
der wiederum bei abnehmender Beladung bzw. bei zunehmendem Vordruck einen abnehmenden
Steuerdruck aussteuert, der ebenfalls die tifferentialkolbenanordnung beaufschlagt
und auf elektromagnetischem Wege stufenweise abgebaut werden kann. Danit i:3t die
Höhe des von der Differentialkolbenanordnung ausgesteuerten Lösedruckes von der
Summe aus dem betätigungsseitig veränderbaren Steuerdruck und den in Abhängigkeit
von der Beladung veränderbaren Vordruck bestimmt, so daß bei einer Teilbremsung
des Fahrzeuges der Lösedruck jeweils nur um einen um das Wirkverhältnis des lastabhängigen
Vordruckes zum vordruckabhängigen Steuerdruck verminderten Teildruck abgesenkt wird.
Bei einer Vollbrerasung des leeren oder teilbeladenem Fahrzeuges ist somit der in
den Feder-Ipeicherzylindern verbleibende Restdruck allein durch den
weiterhin
die Differentialkolbenanordnung beaufschlagenden lastabhängigen Vordruck bestimnt.
Dieser Vordruck erreicht bei leerem Fahrzeug seinen maximalen Wert, so daß bei einer
Vollbremsung ein relativ hoher Restlösedruck in den Federspeicherzylindern verbleibt,
der eine dem leeren Fahrzeug entsprechende verminderte Bremswirkung gewahrleistet.
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Mit zunehmender Beladung des Fahrzeuges hingegen nimmt der vom Druckübersetzer
ausgesteuerte Vordruck ab und der von diesem abhängige, im Druckumwandler ausgesteuerte
Steuerdruck zu, wobei schließlich bei vollbeladenem Fahrzeug kein Vordruck mehr
vom Druckübersetzer ausgesteuert wird und der an der Differentialkolbenanordnung
anstehende Steuerdruck seinen maximalen Wert annimmt. In letzteren Fall wird bei
einer Vollbremsung der Lösedruck ganz und bei eine eilbremsunb aul einen Druck abgesenkt,
der jeweils unterhalb des Druckes liegt, der sich bei gleicher Bremsstufe beim teilbeladenem
bzw. leeren fahrzeug einstellen würde.
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Auf diese Weise sind für jeden Beladungszustand eine lastabhängige
stufenweise Druckabsenkung wrend des Bremsvorganges und eine ebensolche Druckerhöhung
beim Lösevorgang gewährleistet. Weitere Einzelheiten Ber Erfindung sind aus der
nachstehenden Erläuterung zu der Zeichnung zu entnehmen, welche die rfindung in
einem Ausführungsbeispiel schematisch darstellt.
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Die Figur zeigt ein elektromagnetisch betätigtes Federspeicherbremsventil
für schienenfahrzeuge in der Entlüftungs- bzw.
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Bremsstellung.
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Die Bremsventileinrichtung besteht im wesentlichen aus einem Druckübersetzer
1 und einem Druckumwandler 2, die zusammen eine Laststeuereinrichtung bilden, einer
Differentialkolbenanordnung 3 sowie einer elektromagnetisch betätigbaren Magnetventilgruppe
4, die drei unabhängig voneinander schaltbare Magnetventile 5 bis 7 aufweist.
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Der Druckübersetzer 1 umfaßt eine über eine Leitung 8 vom lastabhängigen
Luftfederdruck beaufschlagbare Druckkammer 9, eine über eine Vorratsleitung 10 mit
einem Hauptluftbehälter 11 verbundene Vorratskammer 12 sowie eine Steuerkammer 13,
die über ein Doppelventil 14, 15 mit der Vorratskammer 12 bzw. mit der Atmosphäre
verbindbar ist. Der Druckübersetzer 1 enthält darüber hinaus einen ersten Steuerkolben
16, der vom Buftfederdruck in der Druckkammer 9 beaufschlagt wird sowie einen zweiten
Steuerkolben 17, der über eine Bohrung 18 vom Druck in der Steuerkammer 13 beaufschlagbar
ist. Der Steuerkolben 16 weist einen abgedichtet geführten Rohransatz 19 auf, der
an seinem Umfang innerhalb der Vorratskammer 12 mit einer Durchtrittsöffnung 20
und an seiner in die Steuerkammer 13 ragenden Stirnseite mit einem Ventilsitz 21
versehen ist, der zusammen mit dem Ventilkörper 15 des Doppelventils 14, 15 ein
Einlaßventil 15, 21 bildet.
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Das Doppelventil 14, 15 stützt sich gegen eine in dem Rohransatz i9
geführten Feder 22 ab.
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Der Steuerkolben 17 ist mit einer axialen Entlüftungsbohrung 23 und
einem Ventilsitz 24 versehen, der zusammen mit dem Ventilkörper 14 des Doppelventils
14, 15 ein Auslaßventil 14, 24 bildet.
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Beide Steuerkolben 16, 17 stehen unter der Wirung von Rückstelifedern
25
bzw. 26, deren Vorspannung durch Stellschrauben 27 bzw. 28 von außen erstellbar
ist.
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Der Druckumwandler 2 weist einen ersten Steuerkolben 29 auf, der einer
Steuerkammer 30 zugeordnet ist, die über eine Verbindungsleitung 31 an die Steuerkammer
13'des Druckübersetzers angeschlossen ist. Der von dem vom Druckübersetzer t ausgesteuerten
lastabhängigen Vordruck beaufschlagbare Steuerkolben 29 steht andererseits unter
der Gegenwirkung einer Feder 32, deren Vorspannung ebenfalls mittels einer Stellschraube
33 veränderbar ist. Darüber hinaus enthält der Druckumwandler 2 einen zweiten Steuerkolben
34, dem eine Steuerkammer 35 zugeordnet ist, die mit Hilfe eines mit einem gehäusefesten
Ventilsitz 36 und einem stößelartigen Ventilsitz 37 zusammenwirkenden Doppelventils
38 mit einer Vorratskammer 39 bzw. mit der Atmosphäre verbindbar.
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ist. Der stößelartige Ventilsitz 37 ist dabei fest mit den beiden
Kolben 29 und 34 verbunden. Die Vorratskammer 39 ist ebenfalls über die Vorratsleitung
10 an den Hauptluftbehälter angeschlossen.
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Die Differentialkolbenanordnung 3 weist drei Differentialkolben 40
bis 42 auf, denen drei Steuerkammern 43 bis 45 zugeordnet sind, die von dem über
eine Steuerleitung 46 vom Druckumwandler 2 ausgesteuerten Steuerdruck über die Magnetventilgruppe
4 getrennt beaufschlagbar sind, wobei zu diesem Zweck jedem Magnetventil 5 bis 7
eine besondere Steuerleitung 46 bis 48 zugewiesen ist. Alle drei Differentialkolben
40 bis 42 sind mit einem Ventilstößel 49 fest verbunden, wobei am entgegengesetzten
Ende des
Ventilstößels 49 außerdem ein Regelkolben 50 befestigt
ist, der eine Kammer 51 begrenzt und der über eine Leitung 52 ebenfalls von dem
vom Druckübersetzer 1 ausgesteuerten lastabhängigen Vordruck einseitig beaufschlagt
wird. Der äußere und größte 40 der drei Differentialkolben 40 bis 42 begrenzt eine
Lösekammer 53, die einerseits über eine Leitung 54 an einen Federspeicherzylinder
55 angeschlossen ist und andererseits mittels eines mit einem gehäusefesten Ventilsitz
56 ud dem Stößelsitz 49 zusammenwirkenden Doppelventils 57 über die Leitung 10 mit
dem Hauptluftbehälter 11 bzw. mit der Atmosphäre verbindbar ist.
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Die von dem in der Lösekammer 53 ausgesteuerten Lösedruck beaufschlagte
Kolbenfläche des Differentialkolbens 40 ist einerseits genau so groß wie die beaufschlagte
Fläche des Regelkolbens 50 und entspricht andererselts auch der Summe der in gleicher
Richtung wie der Regelkolben 50 vom Steuerdruck beaufschlagten wirksamen Kolbenflächen
der Differentialkolbe ç 0 bis 42. Insgesamt sind sieben Schaltstufen mit den Magrletventilen
5 bis 7 möglich.
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bei vollbeladenem Fahrzeug ist die Wirkungsweise wie folgt: Der in
der Leitung 8 anstehende maximale Luftfederdruck bewirkt, daß der Steuerkolben 16bzw.
dessen Rohransatz 19 das Einlaßventil 15, 21 geschlossen und durch Abheben des Dorpelventlis
14, 15 vom Steuerkolben 17 das Auslaßventil 14, 24 geöffnet halten.
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Auf diese Weise ist die Steuerkammer 13 des Druckübersetzers 1 vollständig
entlüftet und der Steuerkolben 29 des Druckumwandlers 2 sowie der Stellkolben 50
der Differentialkolbenanordnung 3 unbeaufsclagt. Die Weder 32 des Druckumwandlers
2 bewegt den
Ventilstößei 37 gegen das Doppelventil 38, wobei das
Auslaßventil 37, 38 schließt und das Einlaßventil 36, 38 öffnet, so daß Druckluft
aus der Vorratsleitung 10 in die Steuerkat er 35 überströmt.
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Auf diese Weise gelangt ein maximaler Steuerdruck über die geöffneten
Magnetventile 5 bzw. 7 in die Steuerkammern 43 bis 45 der Differentialkolbenanordnung
3. Damit wird auch der Ventilstößel 49 gegen das Doppelventil 57 bewegt, so daß
das Auslaßventil 49, 57 schließt und das Finlaßventil 56, 57 öffnet. Nunmehr gelangt
Vorratsluft aus der Leitung 10 in die Lösekammer 53 und von dort in die Federspeicherzylinder
55, wo der Kolben 58 gegen die Kraft der Speicherfeder a9 in die volle Lösestellung
bewegt wird. Wird jetzt beispielsweise durch betätigen aller drei Magnetventile
5 bis 7 eine Volibremsung eingeleitet und der Druck unterhalb der Differentialkolben
40 bis 42 gesenkt, dann öffnet das Auslaßventil 49, 57 vollstandig und der Lösedruck
fällt bis auf 0 atü ab, so daß die Speicherfeder 59 den Kolben 58 des Federspeicherzylinders
55 in eine den Beladungszustand entsprechende naximale Bremsstellung bewegt. Bei
Stufenbremsungen durch Betätigen eines Magnet ventils oder Kombination einzelner
1iagnetventile 5 bis 7 wird der Lösedruck jeweils nur un einen Teildruck abgesent.
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Mit abnehmender Beladung des Fahrzeuges sinkt auch der Luftfederdruck
in der Leitung 8 bzw. der Steuerkammer 9 und erreicht bei leerem Fahrzeug seinen
niedrigsten Wert. In diesen Fall wird der Steuerkolben 16 des Druckübersetzers 1
durch die Kraft der Feder 25 in die obere L:ndlage bewegt, wahrend der Steuerkolben
17 durch die Feder 26 in seine untere Endlage gegen das Doppelventil 14, 15 bewegt
wird, so da. das Auslaßventil 14, 24 geschlossen und das Einlaßventil 15, 21 geöffnet
wird.
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Auf diese Weise strömt über die Durchtrittsöffnung 20 des Rohransatzes
19 solange Druckluft aus der Vorratskammer 12 in die Steuerkammer 13 ein, bis das
Doppelventil 14, 15 in die Abschlußstellung geht, indem der lastabhängig ausgesteuerte
Vordruck aus der Steuerkammer 13 über die Bohrung 18 den Steuerkolben 17 beaufechlagt,
wobei das Doppelventil 14, 15 infolge der Kraft der Feder 22 der Bewegung des Steuerkolbens
17 bis zum Schließen des Einlaßventils 15, 21 folgt. Bei leerem Fahrzeug ist auf
diese Weise im Druckübersetzer 1 ein Kräftegleichgewicht dann gegeben, wenn dem
kleinstmöglichen Luftfederdruck in der Steuerkammer 9 ein gröBtmöglicher lastabhängiger
Vordruck in der Steuerkammer 13 zugeordnet ist. Bei teilbeladenem Fahrzeug sind
beliebige Zwischenwerte des lastabhängigen Vordruclces erreichbar.
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Der im angenommenen Fall maximale Vordruck beaufschlagt den Steuerkolben
29 des Druckumwandlers 2 sowie über die Leitung 52 den Regelkolben 50 der Differ.entiaikolbenanordnung
3. Da die Steuerkolben 29 und 34 des Druckumwandlers 2 gleich groß sind, wird vom
Doppelventil 38 ein um die Höhe des lastabhängigen Vordruckers verminderter Steuerdruck
ausgesteuert, der durch Beaufschlagung des Steuerkolbens 34 unter biitwirkung des
den Steuerkolben 29 beaufschlagenden Vordruckes den Druckumwandler 2 gegen die Kraft
der reder 32 in eine Abschlußstellung bringt. Auf diese Weise stellt sich in der
Steuerkammer 35 des Druckumwandlers 2 bei maximalem Vordruck des leeren Fahrzeuges
ein kleinstmöglicher Steuerdrucli ein, der über die Magnetventile 5 bis 7 wiederum
die Differentialkolben 40 bis 42 beaufschlagt. Damit wird vom Doppelventil 57 wiederum
ein Lösedruck ausgesteuert, der mit der Summe
aus dem Steuerdruck
und dem in der Regelkammer 51 anstehenden lastabhängigen Vordruck identisch ist
und der den Federspeicher-Zylinder 55 in die Lösestellung bringt.
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Wird nunmehr durch 3etätigen aller Magnetventile 5 bis 7 eine Vollbremsung
eingeleitet, d)Ii. die Steuerkammern 43 bis 45 der Differentialkolbenanordnung 3
vollständig entlüftet, dann sinkt der Lösedruck in der Lösekammer 53 bis auf einen
Druck, der durch den in der Regelkammer 51 unterhalb des Regelkolbens 50 anstehenden
lastabhängigen VordrucK bestimmt ist, wobei ein Gleichgewichtszustand zwischen der
Lösekammer 5 3 und der Regelkammer 51 hergestellt ist und das Auslaßventil 49, 57
in die Abschlußstellung geht.
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Bei Stufenbremsungen des leeren Fahrzeuges durch Betätigen einzelner
Magnetventile 5 bis 7 werden durch Zusammenwirkung des maximal beaufschlagten Regelkolbens
50 und des bzw. der jeweils noch verbleibenden beaufschlagten Differentialkolben
40 bis 42 entsprechende Zwischenwerte des Lösedruckes erreicht, so daß nur ein Teil
der Federkraft des Federspeicherzylinders 55 als Bremskraft wirksam werden Kann.
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Es sei betont, daß ganz allgemein eine Veranderung des Rahrzeuggewichtes
eine Änderung sowohl des lastabhängigen Vordruckes als auch des Steuerdruckes zur
Folge hat, und zwar. derart, daß die Summe der Drücke immer konstant bleibt.