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Die Erfindung betrifft eine Nothalt-Bremsanlage an einer
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Batterielokomotive für schlagwettergefährdete Grubenräume, bei der
die Bremsklötze an den Laufrädern mit einem gemeinsamen Bremsgestänge verbunden
sind, das bei einer Auslösung durch einen vorgespannten mechanischen Feder speicher
oder dergl. betätigt wird.
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Batterielokomotiven, die in der jüngsten Vergangenheit für den Steinkohlenbergbau
neu entwickelt worden sind, werden in der Regel mit elektronischer Geschwindigkeits-Regelung
(Thyristor-Regelung) betrieben. Bei einer solchen Fahrregelung ist es im Gegensatz
zu den früher üblichen Steuerungen mittels Fahrschaltern möglich, die Betriebsbremsung
der Lokomotive elektrisch im Gegenstrom durchzuführen. Für Nothalt-Bremsungen hat
man Lokomotiven dieser Art entweder mit einer elektrohydraulischen oder elektropneumatischen
Federspeicherbremse ausgestattet. Ein solcher Federspeicher wird vor Beginn einer
Fahrt gespannt und dient bei einer Nothalt-Bremsung zur Betätigung einer üblichen
Klotzbremse wobei die Bremsklötze durch die Kraft des Federspeichers über ein gemeinsames
Bremsgestänge betätigt werden.
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Bei den bekannten Bremsen dieser Art ist neben der elektrischen Energie
zur Krafterzeugung zusätzlich entweder ein Hydraulik- oder Pneumatik-System mit
den erforderlichen Bauelementen wie Pumpe, Kompressor, Mediumspeicher usw. eingesetzt.
Eine solche gemischte Anlage ist nicht nur relativ aufwendig, sondern hat wegen
der unterschiedlichen Wartungs-Zuständigkeitsbereiche auch erhebliche betriebliche
Nachteile.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht demnach darin,
eine Nothalt-Bremsanlage an einer Batterielokomotive für schlagwettergefährdete
Grubenräume so zu gestalten, daß die Anlage ausschließlich mit elektrischer Energie
betreibbar ist, insgesamt konstruktiv einfach sowie wartungs-
arm
ausgebildet ist, den sicherheitlichen Anforderungen für elektrische Geräte in schlagwettergefährdeten
Grubenräumen entspricht und eine hohe Funktionssicherheit besitzt. Weiter strebt
die Erfindung eine Verkürzung des Bremsweges durch eine Reduzierung der Anpresskraft
der Bremsklötze nach Erreichen einer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit an.
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Ausgehend von einer Nothalt-Bremsanlage der eingangs genannten Art
wird die erste Teilaufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Federspeicher
mit Hilfe eines elektromechanischen Stellorgans spannbar ist und daß zum Halten
des Federspeichers in der Spannstellung ein elektrisch ausschaltbares Halteorgan
vorgesehen ist.
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Das Stellorgan besteht vorteilhafterweise aus einem Gleichstrom-Spindelmotor,
dessen linear bewegliche Spindel über ein Zug- oder Druckelement auf das Spannglied
des Federspeichers einwirkt.
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Als Halteorgan für das bewegliche Stellglied des Federspeichers in
der Spannstellung ist vorzugsweise ein Elektro-Haftmagnet vorgesehen.
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Gegenüber den bekannten Bremsanlagen dieser Art bietet die Erfindung
vor allem den Vorteil, daß für den Betrieb der Bremsanlage nur eine einzige Energieart,
nämlich elektrische Energie benötigt wird. Hydraulisch oder pneumatisch betriebene
Elemente fehlen. Damit vereinfacht sich der Aufbau und die Wartung der Bremsanlage
ganz wesentlich.
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Zur Lösung der zweiten Teilaufgabe der Erfindung ist ein zweiter,
mit dem ersten spannbarer kleinerer Federspeicher vorgesehen, auf den in der Spannstellung
ein gesonderter Elektro-Haftmagnet einwirkt, wobei der zweite Feder speicher über
einen Stößel auf das die Bremsung bewirkende Gestänge des ersten Federspeichers
im Sinne einer der Bremsbewegung
des ersten Federspeichers entgegengesetzten
Bewegung einwirken kann und wobei für den Elektro-Haftmagneten des zweiten Federspeichers
nach Ablauf einer Hauptbremsung bei Erreichen einer vorgegebenen verringerten Fahrgeschwindigkeit
in Abhängigkeit von dieser eine selbsttätige Ausschaltung vorgesehen ist. Die vorgegebene
Fahrgeschwindigkeit beträgt etwa 1 m/s.
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Um den zweiten Federspeicher zugleich mit dem ersten Federspeicher
spannen zu können, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das von der
Spindel des Gleichstrom-Spindelmotors ausgehende Zug- oder Schubelement über ein
Umkehrgelenk mit dem Spannglied des zweiten Federspeichers verbunden.
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Um weiter das Einsetzen der zweiten Bremsstufe unabhängig von der
Stromversorgung aus der Fahrbatterie der Lokomotive zu machen, ist nach einer weiteren
Ausbildung der Erfindung ein mit dem Fahrantrieb der Lokomotive getrieblich verbundener
Gleichstromgenerator vorgesehen, der während der Fahrt als Energiequelle für die
Erregung des zweiten Elektro-Haftmagneten dient.
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Mit dem Fahrantrieb der Lokomotive ist ferner ein Tacho-Impulsgeber
gekoppelt, der das Signal für die Unterbrechung des Erregerstromes des zweiten Elektro-Haftmagneten
liefert.
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Die Speicherkraft des zweiten Federspeichers beträgt vorteilhafterweise
etwa 35 bis 45 % der Speicherkraft des ersten Feder speichers.
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Die nach der Erfindung vorgesehene Einbeziehung einer zweiten Bremsstufe
mit verringerter Bremskraft vermeidet ein mögliches Blockieren der Räder und damit
eine Verlängerung des Bremsweges infolge des verringerten Reibungswiderstandes bei
einer Gleitreibung im Vergleich zur Haftreibung.
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Bei Versuchen wurde festgestellt, daß bei Erreichen einer Fahrgeschwindigkeit
von ca. 1 m/s die notwendige Bremskraft nur etwa 60 % des Ausgangswertes beträgt.
Dementsprechend wird über den Tacho-Impulsgeber bei der vorgenannten Fahrgeschwindigkeit
selbsttätig die Erregung des zweiten Elektro-Haftmagneten unterbrochen und somit
durch den nun wirksamen zweiten Federspeicher die Kraft des ersten Federspeichers
um etwa 40 % reduziert. Die hiermit verbundene Verringerung der Anpresskraft der
Bremsklötze verhindert ein Blockieren der Räder und gewährleistet damit zugleich
einen erheblich kürzeren Bremsweg gegenüber einer Bremsung mit gleichbleibender
Anpresskraft Bremsklotz/Rad.
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Die Bewegungen der Bauelemente wie Gleichstrom-Spindelmotor und Feder
speicher werden mit Hilfe von üblichen Endlagenschaltern gesteuert. Die elektrischen
Bauteile der Bremsanlage - ausgenommen die eigensicheren Steuerkreise - befinden
sich vorzugsweise in einem rohrartigen Gehäuse der Zündschutzart "Druckfeste Kapselung"
(Sch, "d"). Dieses Gehäuse wird am Lokrahmen an geeigneter Stelle angeordnet. Ein
Gestänge dient der mechanischen Gelenkverbindung mit dem üblichen Bremsgestänge
der Lokomotive. Die Zwischenschaltung eines (bislang üblichen) Übersetzungsgestänges
entfällt. Auch diese Gestaltung wirkt sich vorteilhaft auf die Sicherheit und die
Wartung der Bremsanlage aus.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein System-Schaltbild einer
Nothalt-Bremsanlage nach der Erfindung.
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In dem System-Schaltbild ist zur Vereinfachung nur ein Laufrad 1 einer
Lokomotive mit anliegendem Bremsklotz 2 dargestellt. Die Bremsklötze der Lokomotive
sind mit einem gemeinsamen Bremsgestänge derart verbunden, daß bei einer Betätigung
des Bremsgestänges alle Bremsklötze aus der Ruhe-
stellung in die
Bremsstellung und umgekehrt bewegbar sind.
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Mit diesem Bremsgestänge ist bei der beschriebenen Nothalt-Bremsanlage
ein Schub- und Zuggestänge 3 eines ersten Federspeichers 4 gelenkig verbunden.
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Dieser Federspeicher 4 enthält ein Federpaket, das sich an einem Ende
an einem unbeweglichen Auflager 5 abstützt, während das andere Ende an einem starr
mit der beweglichen Schub- und Zugstange 3 verbundenen Federteller 6 anliegt.
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Die äußere Schub- und Zugstange 3 ist auf der Innenseite des Federtellers
6 als Zugstange 7 weitergeführt, die das Federpaket in einer zentralen Bohrung durchdringt
und an ihrem freien Ende einen Anker 8 aus einem ferromagnetischen Material trägt.
In der Spannstellung des Federspeichers 4 liegt der Anker 8 an einem Elektro-Haftmagneten
9 an, der in seiner Haftkraft so bemessen ist, daß er im erregten Zustand, d.h.
solange er von Strom durchflossen ist, den Anker 8 in der Anlagestellung festhält,
womit zugleich der Federspeicher 4 in der Spannstellung gehalten wird.
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Für das Spannen des Feder speichers 4 ist ein Gleichstrom-Spindelmotor
10 mit linear beweglicher Spindel 11 vorgesehen. Fest verbunden mit dem freien Ende
der Spindel 11 ist eine Art Zughaken 12, der mit einem Hakenteil 13 an der Rückseite
des Ankers 8 angreifen kann.
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Neben dem ersten Federspeicher 4 ist ein zweiter, kleinerer Federspeicher
14 vorgesehen, der hinsichtlich der Spann- und Entlastungsbewegung im Vergleich
zum Federspeicher 4 gegenläufig orientiert ist. Die bauliche Gestaltung entspricht
dem ersten Federspeicher 4. Auch hier liegt das Federpaket an einem Ende an einem
Auflager, beispielsweise am Auflager 5 an, während das andere Ende mit einem Federteller
15 in Berührung steht, der an einer zentralen Zugstange 16 befestigt ist, die einen
endseitigen Anker 17 aufweist. Der Anker 17 liegt in der Ruhestellung um den Abstand
der Hubbe-
wegung während des Spannvorganges einem zweiten Elektro-Haftmagneten
18 gegenüber.
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Auf der Außenseite des Federtellers 15 ist an diesen ein Stößel 18
befestigt, der in der Ruhestellung der beiden Feder speicher dem Anker 8 auf der
Rückseite ähnlich wie der Hakenteil 13 unmittelbar gegenübersteht.
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Weiter ist der Federteller 15 über eine Stange 19 mit einem Hub-Umkehrnocken
20 verbunden, der um eine Achse 21 drehbar ist. An dem Hub-Umkehrnocken 20 ist auf
der gegenüberliegenden Seite eine L-förmige Zugstange 22 angelenkt, die mit ihrem
Schenkelende den zweiten Hakenteil 23 des Zughakens 12 umfaßt. Bei einer Arbeitsbewegung
der Spindel 11 wird auf diese Weise zugleich mit dem ersten Speicher 4 auch der
zweite Speicher 14 gespannt. Der Anker 17 kommt hierbei an dem zweiten Elektro-Haftmagneten
24 zur Anlage, und wird von diesem in der Anlagestellung gehalten, solange der Erregerstrom
fließt.
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Der Gleichstrom-Spindelmotor 10 ist so gesteuert, daß er nach Beendigung
einer Arbeitsbewegung sofort umgesteuert wird und die linear bewegliche Spindel
11 wieder in die Ruhestellung zurückfährt. Dies ist ohne weiteres möglich, da die
beiden Federspeicher 4 und 14 nach dem Erreichen der Spannstellung in dieser durch
die jeweiligen Elektro-Haftmagneten 9 und 24 gehalten werden.
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In der Zeichnung ist die getriebliche Verbindung des Laufrades 1 mit
dem Gleichstrom-Fahrmotor 25 der Lokomotive schematisch angedeutet. Batterielokomotiven
dieser Art sind in der Regel als zweiachsige Lokomotiven ausgebildet, wobei für
jede Achse ein eigener Fahrmotor vorgesehen ist. Als Energiequelle dient eine Blei-Akkumulatorenbatterie
26 mit einer Spannung von 110 V. Mit Hilfe einer geeigneten elektronischen Regler
schaltung wird den Fahrmotoren eine allmählich
ansteigende Speisespannung
zugeführt. Diese Reglerschaltung wird auch für das betriebsmäßige Bremsen der Lokomotive
eingesetzt. In diesem Fall wird die Spannung umgepolt, so daß die Fahrmotoren mit
einem veränderlichen Gegenstrom gespeist werden können.
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In der Zeichnung ist im Zuge der von der Batterie 26 kommenden Speiseleitung
27 durch ein rechteckiges Kästchen ein Gehäuse 28 angedeutet, welches fest mit dem
Batteriegehäuse verbunden ist und übliche Uberwachungseinrichtungen zum Erfassen
und Anzeigen des Ladezustandes der Batterie enthält.
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Kupplungsstecker, deren eine Hälfte am Batteriegehäuse und deren andere
Hälfte am Fahrgestell angeordnet ist, übernehmen bei ordnungsgemäß aufgesetzter
Batterie die elektrische Verbindung mit den Zuführungsleitungen auf dem Fahrgestell
der Lokomotive. Die Trennung zwischen den beiden elektrischen Anlageteilen ist in
der Zeichnung durch die strichpunktierte Linie 29 angedeutet. Die elektronische
Reglerschaltung ist auf dem Fahrgestell in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht,
das in der Zeichnung durch das Rechteck 30 angedeutet ist. Von diesem Gehäuse verlaufen
die Zuführungsleitungen zu den Fahrmotoren, von denen eine Zufuhrleitung 31 in der
Zeichnung angedeutet ist.
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Gesteuert wird vom Führerstand der Lokomotive mit einem Fahrsteuerhebel
32, der aus einer Nullstellung heraus zum Anfahren in die eine Richtung und zum
Bremsen in die entgegengesetzte Richtung umlegbar ist. Wird der Fahrhebel in der
Nullstellung vom Lokführer losgelassen, so bewegt er sich selbsttätig zur Seite
in eine seitliche Ruhestellung, in der zugleich die Nothalt-Bremsanlage ausgelöst
wird. Die Schaltelemente für die Steuerung der Nothalt-Bremsanlage sind in einem
geschlossenen Gehäuse 33 untergebracht. Ihre Stromversorgung erfolgt über eine Leitung
34 vom Gehäuse 30. Weiter führt vom Gehäuse 30 eine Stromzuführungsleitung 35 zum
Gleichstrom-Spindelmotor 10. Die Stromversorgung der Elektro
Haftmagneten
9 und 24 erfolgt über Leitungen 36 und 39a.
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An die Schalteinrichtung im Gehäuse 33 sind ferner Endlagenschalter
10a des Gleichstrom-Spindelmotors 10 und 9a bzw.
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24a der Elektro-Haftmagneten 9 bzw. 24 angeschlossen.
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Diese Endlagenschalter werden mechanisch betätigt und sprechen jeweils
beim Erreichen der Arbeits- bzw. Endstellung der betreffenden Bauelemente an.
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Mit dem Auslösen der Nothalt-Bremsanlage wird zugleich der Leistungsschalter
im Zuge der von der Fahrbatterie 26 kommenden Speiseleitung abgeschaltet . Um auch
dann den Elektro-Haftmagneten 24 weiterhin erregen zu können, ist eine gesonderte
Stromversorgung für diesen Elektro-Haftmagneten vorgesehen. Hierzu dient ein Gleichstromgenerator
37, der über ein Getriebe 38 mit dem Fahrantrieb des Laufrades 1 getrieblich verbunden
ist. Der Generator 37 ist an einen Regler 39 angeschlossen, von dem die Speisespannung
über die Leitung 39a dem Elektro-Haftmagneten 24 zugeführt wird. über eine Leitung
40 ist der Regler 39 mit dem zentralen Steuergerät im Gehäuse 33 verbunden.
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Das Abschalten der Erregung des Elektro-Haftmagneten 24 erfolgt selbsttätig
bei einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 1 m/s. Bewirkt wird dies mit Hilfe eines
Tacho-Impulsgebers 41, der auch mit dem Getriebe 38 verbunden ist und über eine
Impulsleitung 42 auf das Steuergerät im Gehäuse 33 einwirkt.
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Weiter sind in der Zeichnung zwei Ausschalter 43, 44 dargestellt,
die in Reihe mit dem Ausschaltkontakt im Fahrpult in einem Ruhestromkreis 45 angeordnet
sind. Diese beiden Ausschalter können außerhalb des Führer standes an anderen Stellen
der Lokomotive angeordnet sein, so daß auch außerhalb des Führerstandes die Möglichkeit
für eine Notbremsung im Gefahrenfall besteht.
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Erwähnt sei noch, daß die beschr-iebene Bremsanlage mit einigen konstruktiven
Veränderungen ohne weiteres auch als Betriebsbremse, d.h. mit kontinuierlich verstellbaren
Bremsklötzen, einsetzbar ist. Dies könnte beispielsweise dadurch erreicht werden,
daß der Hakenteil 13 über einen elektromagnetischen Kupplungsbolzen oder eine Magnetkupplung
zeitweilig mit dem Anker 8 kraftschlüssig verbunden wird, so daß mit dem Spindelmotor
10 eine gewünschte Verstellbewegung der Bremsklötze in beiden Richtungen ausgeführt
werden kann.
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Anmerkungen zur Funktionsweise der Nothalt-Bremsanlage: Durch eine
schaltungstechnische Kombination der Steuerung der Bremsanlage mit dem Fahrpult
ist gewährleistet, daß die Inbetriebsetzung der Lokomotive nur mit gespannten Federspeichern
4, 14 und kraftschlüssig an den Elektro-Haftmagneten 9, 24 anliegenden Ankern 8,
17 erfolgen kann. Vor Beginn einer Fahrt werden in einer etwa drei Sekunden dauernden
Hubbewegung (Dauer der Hubbewegung der Spindel des Spindelmotors) beide Haftanker
9 und 17 gleichzeitig an die zugehörigen Elektro-Haftmagnete angelegt. Die Bremse
wird "gelüftet" und in diesem Zustand durch die Elektro-Haftmagneten 9, 24, d.h.
mit Hilfe der Energie der Fahrbatterie 26 gehalten.
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Nach dem Anfahren der Lokomotive wird die elektrische Energie für
den Elektro-Haftmagneten 24 nicht mehr der Fahrbatterie 26, sondern dem Gleichstromgenerator
37 entnommen.
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Die Umschaltung wird durch den Regler 39 bewirkt. Das Einsetzen der
zweiten Stufe der Nothalt-Bremsanlage ist damit unabhängig von der Abschaltung der
Fahrbatterie 26 mit Hilfe des Leistungsschalters nach einer Nothalt-Auslösung. Die
durch die Veränderung der Fahrgeschwindigkeit entstehende Änderung der Spannung
des Gleichstromgenerators 37 wird durch einen Spannungsregler ausgeglichen.
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Wird während des Fahrens der Lokomotive entweder über den Steuerhebel
32 oder einen Ausschalter 43 oder 44 der Ruhestromkreis unterbrochen und damit die
Nothalt-Bremsung ausgelöst, so wird in der ersten Bremsstufe der Elektro-Haftmagnet
9 stromlos und damit der Feder speicher 4 freigegeben; die mechanische Kraft dieses
Feder speichers bewirkt ein Anlegen der Bremsklötze 2 an die Laufräder 1 und das
Wirksamwerden der vollen Bremskraft.
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Mit der nun abnehmenden Fahrgeschwindigkeit verringert sich stetig
die erforderliche Bremskraft. Um ein sogenanntes Überbremsen und damit ein eventuelles
Blockieren der Laufräder zu vermeiden, wird bei Erreichen einer Fahrgeschwindigkeit
von etwa 1 m/s die Bremskraft um etwa 40 % reduziert.
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Herbeigeführt wird dies durch einen Impuls des Tacho-Impulsgebers
41, der über den Regler 39 eine Unterbrechung der Stromversorgung des Elektro-Haftmagneten
24 auslöst. Die vom zweiten Federspeicher 14 ausgehende Kraft überträgt sich über
den Stößel 18 auf den Anker 8 des ersten Federspeichers 4 und reduziert dessen Bremskraft
auf etwa 60 % der Anfangsbremskraft. Diese geringereBremskraft bleibt bis zum Stillstand
der Lokomotive bestehen.
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Nach dem Stillstand der Lokomotive wird die nächste Fahrt, d.h. das
erneute "Speichern" der Bremse wieder über den Fahrhebel - wie vorstehend beschrieben
- eingeleitet. Die endgültige Freigabe für die Fahrt erfolgt (zwangsläufig) jedoch
erst dann, wenn der vom Gleichstrom-Spindelmotor 10 betätigte Zughaken 12 wieder
seine Ruhestellung eingenommen hat.
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Diese Zwangsläufigkeit ist erforderlich, um den vollen Hubweg der
beiden Haftanker 8 und 17 für den nächsten Bremsvorgang freizugeben.