DE2061326A1 - Bremsvorrichtung zur feinfühligen Ab stufung der Bremskraft in Abhängigkeit der Fahrzeuglast - Google Patents

Description

COMPAGNIE DES FREINS ET SIGNAUX

WESTINGHOUSE
93 - FREINVILLE-SEVRAN, Frankreich

Bremsvorrichtunq zur feinfühligen Abstufung der Bremskraft in Abhängigkeit der Fahrzeuglast.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung, insbesondere vom Typ der selbsttätigen, durchgehenden Bremse, zur feinfühligen Abstufung der Bremskraft in Abhängigkeit der Belastung eines Fahrzeugs, insbesondere Eisenbahnfahrzeugs, dessen auf die Fahrbahn wirkendes Gewicht zwischen dem Leergewicht und der Vollast grosse Unterschiede aufweist, mit einem Steuer- oder Führerbremsventil, einem mit letzterem

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verbundenen Druckwandler-Relais, dessen ausgesteuerter Druck dem vom Steuerbremsventil ausgesteuerten Druck und der Fahrzeuglast proportional ist., und mit einem vom Druckwandler-Relais gespeisten Differential-Relais, das zwei mittels einer Hohlstange miteinander verbundene Kolben oder Membranen verschiedenen Querschnitts aufweist, die drei Steuerkamraern begrenzen, wobei das eine Ende der Hohlstange mit einem Doppelventil zusammenwirkt, mit dessen Hilfe mindestens ein Bremsorgan mit einer Druckmittelquelle oder mit der Atmosphäre verbindbar ist»

Nach den Vorschriften des Internationalen Verkehrs müssen schnellfahrende Güterfahrzeuge mit einer Vorrichtung zur sogenannten proportionalen Lastabbremsung versehen sein, die so wirken soll, dass das Verhältnis zwischen dem Fahrzeuggewicht und der maximal verfügbaren Bremskraft praktisch konstant ist, wie gross auch immer das auf die Schienen aufgebrachte Fahrzeuggewicht sei„

Da das Verhältnis zwischen Fahrzeugleergewicht und Fahrzeugvollastgewicht zur Zeit etwa bei vier liegt und der Reibungskoeffizient zunimmt, wenn die auf den Bremsklotzträger aufgebrachte Kraft zunimmt, ist es notwendig, eine Vorrichtung vorzusehen, die eine Abstufung der auf die Bremsklötze aufgebrachten Kraft gestattet, wobei das Verhältnis zwischen Maximal- und Minimalkraft in der Grössenordnung von sechs oder mehr liegt.

Bekannte Bremsvorrichtungen gestatten entweder den Druck der in den Bremszylinder eingespeisten Druckluft proportional in

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Abhängigkeit von der Fahrzeuglast oder mit Hilfe eines auf den Bremsklotz einwirkenden und vom Bremszylinder steuerbaren Gestänges die Verstärkung der Bremskraft zu ändern»

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zur Feinabstufung der Bremskraft in Abhängigkeit der Fahrzeuglast, werden auf die Schubstange eines Differentialbremszylinders oder eines üoppelbremszylinders gleichzeitig zwei einander entgegengesetzte Kräfte aufgebracht, von denen die eine in Anpressrichtung der Bremsklötze wirkt und in Abhängigkeit von der Fahrzeuglast und der in der Hauptluftleitung durchgeführten Druckminderung ansteigt, während die andere im selben Verhältnis abnimmt.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung wird ein erster Bremszylinder kleinen Querschnitts mit Druckluft gespeist, dessen Druck ansteigt. Ab Erreichen einer bestimmten Fahrzeugmindestlast wird ein zweiter Bremszylinder grösseren Querschnitts über ein Speiserelais beaufschlagt, während der Druck im ersten Bremszylinder vermindert wird»

Die bekannten Bremsvorrichtungen dieser Art benötigen zahlreiche Verbindungsleitungen und setzen die Verwendung von teuren und kompliziert aufgebauten Bremszylindern voraus.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und hat die Aufgabe, eine Bremsvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die einen in Abhängigkeit der Fahrzeuglast veränderbaren, einzigen Bremsdruck liefert, wobei das Verhältnis zwischen Höchst- und Mindestdruckwert sehr gross

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und eine Feinabstufung des Bremsdruckes für alle Lastzustä'nde des Fahrzeugs möglich sein soll,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die zwischen den beiden Kolben des Differential-Relais liegende Kammer mit dem Steuerbremsventil, die dem Doppelventil benachbarte Kammer mit dem Bremsorgan, und die dritte Kammer mit dem Ausgang des Druckwandler-Relais verbunden sind.

Damit werden das Verhältnis der am Ausgang des Druckwandler-Relais abstufbaren Grenzwerte mit einem Faktor grosser als zwei multipliziert und, unter Beibehaltung der Feinabstufbarkeit, grosse Verha'ltniswerte für die bei Vollast und bei Leergewicht der Fahrzeuge auf die Bremsklötze aufgebrachten Kräfte erhalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben,

In der Zeichnung zeigt die einzige Figur einen schematischen Schnitt durch die erfindungsgemässe Bremsvorrichtung,

Die Bremsvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Druckwandler-Relais 1 und einem Differential-Relais 3, das mit ersterem über einen beiden gemeinsamen Halter 2 und über eine Speiseleitung 5 mit einem Bremszylinder 4 verbunden ist.

Das Druckwandler-Relais 1 weist einerseits eine eine Betätigungsstange 7 tragende erste Membran 6 und eine eine Reaktionshohlstange 9 tragende zweite Membran (Kolbenmembran) 8 auf.

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Das obere Ende der Hohlstange 9 dient als Ventilsitz für einen Ventilteller 10, das mittels einer Stange 11 mit einem oberen Ventilteller 12 verbunden ist. Der obere Ventilteller 12 trennt eine mit einer Druckmittelquelle verbundene Kammer 13 von der zwischen den beiden Ventiltellern 10, 12 liegenden Zwischenkammer 14, die über eine mit einer Drossel versehenen Leitung 40 mit einer oberhalb der Membran 8 liegenden Reaktionskammer 15 verbunden ist. Die Zwischenkamraer 14 ist, bei geöffnetem Ventilteller 10, über die Hohlstange 9 und der unterhalb der Membran 8 liegenden Kammer 18 an die Atmosphäre anschliessbar.

Eine oberhalb der Membran 6 vorhandene Kammer 16 ist gegebenenfalls über einen Zeitbehälter mit der Speiseleitung eines bekannten Steuerbremsventils verbunden, das einen der Druckminderung bzw. -absenkung in der Hauptluftleitung proportionalen Druck aussteuert, Die unterhalb der Membran 6 vorhandene Kammer 17 ist ebenso wie die Kammer 18 unterhalb der Membran 8 zur Atmosphäre entlüftet.

Die Betätigungsstange 7 und die durch einen Ansatz 19 verlängerte Reaktionsstange 9 wirken jede auf den einen bzw. anderen Arm eines Doppelarmhebels 20, dessen Schwenkachse

21 auf einen Verstellwagen 22 gelagert ist. Der Verstellwagen

22 ist mit einem in einer Kammer 24 dichtend gleitbar gelagerten Kolben 26 versehen, der unter dem Einfluss des über die Leitung 25 in die Kammer 24 eingespeisten und von der Fahrzeuglast proportional abhängigen Druckes den Verstellwagen 22 entgegen der Kraft einer Feder 23 in Richtung auf die Achse der Hohlstange 9 verschiebt. Durch diese Verschiebung des Verstellwagens 22 wird das Längenverhältnis der Arme des

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Hebels 20 geändert» Auf diese bekannte Weise hangt der vom Urawandler-Relais 1 ausgesteuerte Druck sowohl von der Druckabsenkung in der Hauptluftleitung als auch von der Fahrzeuglast ab, welche das Längenverhältnis zwischen den Hebelarmen bestimmt.

Das Differential-Relais 3 weist wie das Relais 1 ein Doppelventil· auf, das aus zwei durch eine Stange miteinander verbundene Ventilteller 27, 28 besteht= In Abschlusstellung isoliert der obere Ventilteller 21 eine Kammer 29 von einer Kammer 30, die über den Halter 5 mit der Speiseleitung 5 des Bremszylinders verbunden ist. Bei einer Zugbremsung werden die Kammern 13 und 29 vorzugsweise gleichzeitig mit Druckluft aus dem Hilfsbehälter des abzubremsenden Fahrzeugs beaufschlagt. Der untere Ventilteller 28 liegt am als Ventilsitz dienenden oberen Ende einer Hohlstange 31 auf, deren anderes Ende zur Atmosphäre entlüftet ist-. Die Hohlstange 31 trägt zwei Membranen 32, 33, deren äussere Ränder dicht im Relaisgehäuse 3 eingespannt sind, Die beiden Membranen 32, 33 sind über Bünde dicht auf der Hohlstange 31 befestigt. Die Bünde bilden Kolben und begrenzen zusammen mit der Hohlstange 31, den Membranen 32, 33 und dem Relaisgehäuse 3, drei Kammern 34, 35 und 36, Die untere Membran 33 mit dem entsprechenden Bund hat einen grösseren Querschnitt als die obere Membran 32,

Die Oberkammer 34 ist über eine Leitung 46 und gegebenenfalls eine Drossel mit der Speisekammer 30 für den Bremszylinder verbunden und bildet eine Reaktions- bzw. Rückwirkkammer, Die Unterkammer 36 steht über eine Leitung 41 mit der Kammer

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14 des Druckwandler-Relais 1 in Verbindung, wird vom ausgesteuerten Druck des Druckwandler-Relais 1 beaufschlagt und wirkt als Steuerkammer.. Die Zwischenkammer 3 5 ist mit dem Steuerbremsventil verbunden und zwar entweder unmittelbar oder über eine den durch den Halter 2 hindurchführende Leitung 42 und die Kammer 16 des Druckwandler-Relais 1, Die WirkflSche der Kolbenmembran 33 ist grosser als jene der Kolbenmembran 32.

Die Leitung 43, welche die Kammer 29 des Differential-Relais 3 mit der Kammer 13 des Druckwandler-Relais 1 verbindet, ist entweder an die Kammer 16 oder an die Ausgangsleitung 44 des nicht dargestellten Hilfsbehälter angeschlossen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemassen Bremsvorrichtung ist wie folgt :

Es sei angenommen, dass das Fahrzeug unbeladen ist. Daher befindet sich der Verstellwagen 22 in seiner linken Endstellung (nach der Zeichnung) und das Druckwandler-Relais 1 steuert in die Kammer 36 des Differential-Relais 3 einen Druck R ein, dessen Wert ein Bruchteil des vom Steuerbremsventil ausgesteuerten und über die Leitung 45 in die Zwischenkammer 3 5 eingespeisten Druck P ist, und der der in der Hauptluftleitung durchgeführten Druckabsenkung proportional ist.

Der in die Unterkammer 36 eingesteuerte Druck R wirkt in Öffnungsrichtung des Ventiltellers 27 auf die Membran 33 mit grosser WirkflSche, während der vom Führerbremsventil ausge-

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steuerte Druck P in der Zwischenkammer 35 auf beide Membranen 32, 33 einwirkt. Dadurch wird die Hohlstange 31 in Schliessrichtung des Ventiltellers 2 7 (bzw_o in Öffnungsrichtung des Entlüftungsventiltellers 28) mit einer Kraft beaufschlagt, die der Differenz zwischen den WirkflSchen der beiden Membranen 32, 33 proportional ist.

Sei S die Wirkfläche der grösseren Membran 33, S die Wirkfläche der kleineren Membran 32 und S = 2 S , so ist die resultierende Kraft F der auf die Hohlstange 31 wirkenden Kräfte gegeben durch die Beziehung : F=S (2 R - P)

Wenn diese resultierende Kraft F positif, d_a h„ aufwärts gerichtet ist, wird der obere Ventilteller 27 von seinem Sitz abgehoben und in die Kammer 30 und daher auch in den Bremszylinder 4 ein Druck eingesteuert, der gleich dem Wert (2R-P) ist, da die Rückwirkfläche der Membran 32 auf der Seite der Kammer 34, die mit dem Druck in der Kammer 30 über die Leitung 46 gespeist wird, gleich dem Wert S ist. Wenn bei der der Leerlast des Fahrzeugs entsprechenden Stellung des Verstellwagens 22 der vom Druckwandler-Relais 1 ausgesteuerte Druck R grosser ist als die Hälfte des vom Führerbremsventil ausgesteuerten Druckes P, so wirkt auf die Hohlstange 31 eine Kraft in Öffnungsrichtung des Ventiltellers 27, so dass dieser abgehoben und der Bremszylinder 4 mit Druckluft beaufschlagt wird_o

Wenn z.B. das Fahrzeug teilbeladen ist, so wird in Abhängigkeit von der entsprechenden Stellung des Verstellwagens 22,

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die Kammer 36 mit einem Druck R beaufschlagt, der, angenommen, gleich 0,6 P ist» In diesem Fall wird der Bremszylinder 4 mit einem Druck beaufschlagt, der gleich 2R-P= 1,2P-P= O,2P ist. Der in den Bremszylinder 4 eingesteuerte Druck bleibt bei gleichbleibender Fahrzeugbeladung dem vom Steuerbremsventil ausgesteuerten Druck P proportional,,

Bei Vollast des Fahrzeuges nimmt der Verstellwagen 22 seine rechte Endstellung ein, in der er entgegen der Federkraft 23 durch den der Fahrzeugbeladung proportionalen und in der Kammer 24 auf den Kolben 26 einwirkenden Druck gehalten wird. Dabei steuert das Druckwandler-Relais 1 in die Kammer 36 einen Druck R ein, dessen Wert ein Vielfaches, z„ B. 1,5 P, des vom Steuerbremsventil ausgesteuerten Druckes P ist.

Unter dieser Voraussetzung ist der vom Differential-Relais 3 in den Bremszylinder 4 eingesteuerte Druck gleich : 2xl,5P-P = 2P.

Der Proportionalitätsfaktor des in den Bremszylinder 4 eingesteuerten Druckes bleibt derselbe, solange die Fahrzeugbeladung nicht geändert wird. Dabei ist auch der Wert des in den Bremszylinder 4 eingesteuerten Druckes dem Wert des vom Führerbremsventil ausgesteuerten Druckes und daher dem Wert der Druckabsenkung in der Hauptluftleitung verhältnisgleich. Bei zunehmender Beladung des Fahrzeuges von Leergewichts- bis zum Vo11astzustand wirkt die erfindungsgemässe Bremsvorrichtung zuerst als Druckminderer und dann, ab einem bestimmten Belastungswert des Fahrzeuges, als

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Druckverstärker,, Der Wert 2 für das Verhältnis S /S der Wirkflächen S und S wurde nur als Beispiel gegeben. Es ist klar, dass unter anderen Bedingungen auch andere Verhältniswerte verwendet werden können.

Damit das Differential-Relais 3, bei Mindestbelastung des Fahrzeugs, einen Bremsdruck aussteuert, muss die Bedingung bzw. die Ungleichung R.S >P (S - S) für das Mindest-

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druckverhältnis — im Differential-Relais eingehalten werden.

Das Druckwandler-Relais 1 kann durch ein Druckteiler-Relais ersetzt werden, dessen Membran eine in Abhängigkeit der Fahrzeugbelastung veränderbare Wirkfläche hat_a In diesem Fall werden die Kammern 13 und 16 gleichzeitig von der in die Leitung 45 vom Steuerbremsventil ausgesteuerten Druckluft gespeist.

Bei Verwendungsarten der Bremsvorrichtung, die keine Verzögerung erfordern, werden die Kammern 13, 16 und 29 gleichzeitig mit der vom Steuerbremsventil ausgesteuerten Druckluft gespeist, wobei das Steuerbremsventil durch ein handbetätigbares Führerbremsventil oder durch eine andere Art von Druckminderer gebildet sein kann. Damit zu Beginn einer Bremsung im Bremszylinder schnell ein Mindestbremsdruck aufgebaut werden kann, werden in einer der Leitungen 42 oder Verzögerungsorgane vorgesehen. Diese Verzögerungs- oder Zeitorgane können durch eine Drossel gebildet werden, wie eine z.B. in der Leitung 46 dargestellt ist, oder durch ein nicht dargestelltes Regelventil, das ab einem bestimmten

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Mindestdruck öffnet und gestattet, in linearer Weise den Wert des Speisedrucks zu erreichen. Das die Drossel in der Leitung 46 ersetzende Regelventil weist eine mit der Kammer 30 verbundene Speiseleitung und mindestens eine Ausgangsleitung auf, die seitlich am Ventilgehäuse angeordnet und mit der Oberkammer verbunden ist„ Im Regelventil ist eine als Einlassventil mit einem Ventilsitz zusammenwirkende elastische Membran angeordnet, auf deren eine Seite der Speisedruck und auf deren andere Seite der Druck in der Kammer 34 und die Kraft einer vorgespannten Feder einwirken» Die Membran öffnet in Richtung zur Kammer 34„ In der Ausgangsleitung ist ein in Richtung von der Kammer 34 zur Kammer 30 öffnendes Rückschlagventil eingebaut. Das Rückschlagventil kann auch durch das Regelventil ersetzt werden, das in diesem Fall als Doppelsitzventil ausgeführt ist. Die Membran dient dabei als Ventilteller für einen an einem Hohlkolben angebrachten zweiten Ventilsitz. Der Hohlkolben ist in der mit der Kammer 34 verbundenen Kammer dichtend geführt und ist auf der dem Ventilteller gegenüberliegenden Seite zur Atmosphäre entlüftet und dem Druck der vorgespannten Feder ausgesetzt. Die federbelastete Membran öffnet daher den Zutritt zur Kammer 34, wenn der in der Kammer 30 anstehende Druck die Kraft der z. B. über den Hohlkolben auf die Membran einwirkenden Feder überwunden hat. Wird der Ventilteller 27 geöffnet, so speist das Differentialrelais 3 in den Bremszylinder 4 zuerst sehr rasch einen Mindestdruck ein, dessen Wert von der Vorspannung der Feder im Regelventil bestimmt ist. Auf diese Weise werden die Reibungskräfte der Bremsgestänge automatisch durch den Mindestdruck kompensiert. Die Bremsung eines unbeladenen Fahrzeuges ist dabei selbst bei einem vom Steuerbremsventil ausgesteuerten

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Mindestdruck, voll wirksam. Bei Entlüftung der Kammer 30 wird die Membran des Regelventils durch den Druck in der Kammer 34 auf dem unteren Ventilsitz gehalten, während der obere, durch den Hohlkolben gebildete Ventilsitz von der Membran unter der Wirkung des Drucks in der Kammer 34 entgegen der Federkraft abgehoben wird, so dass die Druckluft in der Kammer 34 über den Hohlkolben ebenfalls zur Atmosphäre entweichen kann«

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Claims (6)

1. - 13 -

   Schutzansprüche :

   - Bremsvorrichtung, insbesondere vom Typ der selbsttätigen durchgehenden Bremse, zur feinfühligen Abstufung der Bremskraft in Abhängigkeit der Belastung eines Fahrzeugs, dessen auf die Fahrbahn wirkendes Gewicht zwischen dem Leergewicht und der Vollast grosse Unterschiede aufweist, mit einem Steuer- oder Führerbremsventil, einem mit letzterem verbundenen Druckwandler-Relais, dessen ausgesteuerter Druck dem vom Steuerbremsventil ausgesteuerten Druck und der Fahrzeuglast proportional ist, und mit einem vom Druckwandler-Relais gespeisten Differential-Relais, das zwei mittels einer Hohlstange miteinander verbundene Kolben oder Membranen verschiedenen Querschnitts aufweist, die drei Steuerkammern begrenzen, wobei das eine Ende der Hohlstange mit einem Doppelventil zusammenwirkt, mit dessen Hilfe mindestens ein Bremsorgan mit einer Druckmittelquelle oder mit der Atmosphäre verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet , dass die zwischen den beiden Kolben (32, 33) des Differential-Relais (3) liegende Kammer (35) mit dem Steuerbremsventil, die dem Doppelventil (27, 28) benachbarte Kammer (34) mit dem Bremsorgan (4) und die dritte Kammer (36) mit der Ausgangskammer (14) des Druckwandler-Relais (1) verbunden sind.
2. 2. - Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Verhältnis der Wirkflächen der beiden Kolben (32, 33) im Differential-Relais gleich zwei ist.
3. 3. - Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Ausgangskammer (14)

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   des Druckwandler-Relais (1) mit dem Ausgang des Steuerbremsventils verbindbar ist.
4. 4. - Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die zwischen den beiden Ventiltellern des Doppelventils (27, 28) liegende Kammer (30) des Differential-Relais (3) mit dem Ausgang des Fuhrerbremsventils verbindbar ist,
5. 5. - Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass in einer der beiden Leitungen (42, 46) welche zur Zwischenkammer (35) oder zu der dem Doppelventil (27, 28) benachbarten Steuerkammer (34) führen, ein Verzögerungs- bzw. Zeitorgan angeordnet ist„
6. 6. - Bremsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass das Verzögerungs- bzw, Zeitorgan durch ein Regelventil gebildet ist, dessen Speiseleitung mit der Kammer (30) oder der Leitung (42) und dessen Ausgangsleitung in die Oberkammer (34) oder die Zwischenkammer (35) mündet, und das ein Doppelventil aufweist, von dem das eine mit dem mit der Speiseleitung verbundenen Sitz und das andere mit einem an einen Hohlkolben angebrachten Sitz zusammenwirken, wobei die dem Doppelventil abgelegene Seite des Hohlkolbens unter der Wirkung einer vorgespannten Feder steht und zur Atmosphäre entlüftet ist, und der Ventilteller des Doppelventils durch eine Membran gebildet wird,

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