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Elektropneumatische Zugbremseinrichtung Die Erfindung bezieht sich
auf eine elektropneumatische Zugbremseinrichtung, bei der die Bremsung jedes Einzelwagens
in Abhängigkeit zu seiner Ladung und zur Abnutzung seiner Bremsschuhe steht und
bei der jeder Wagen- einen an die Hauptpreßluftleitung angeschlossenen Verteiler
und einen auf diesen Verteiler wirkenden Elektromotor aufweist, wobei der Druckluftquerschnitt
im Verteiler durch ein am Kasten des Wagens angeordnetes Drosselorgan gesteuert
wird.
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Erfindungsgemäß ist diese Einrichtung dadurch gekennzeichnet, daß
die Bewegung des Drosselorgans gleichzeitig eine Funktion der Verschiedenheit des
Weges der Bremsklötze ist.
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Man erkennt, daß die Einrichtung gemäß der Erfindung das Anziehen
der Bremse zu einer Funktion einerseits des tatsächlichen Gewichtes jedes Wagens,
andererseits der Abnutzung der Bremsschuhe macht, eine Doppelwirkung, die stattfinden
muß, wenn man eine zufriedenstellende Bremsung besonders bei Güterzügen, deren Wagen
mehr oder weniger beladen sind, erzielen will.
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Das diesen zwei selbsttätigen Regelungen unterworfene Drosselorgan
selbst besteht vorteilhaft aus einem Zylinder, der so angeordnet ist, daß er sich
in einer zylindrischen Kammer des Verteilers verschieben und drehen kann sowie eine
vor -einem Kanal des Verteilers befindliche öffnung besitzt, wobei die Bewegungen
des Wagenkastens die Drehung des Zylinders und diejenigen der-Bremsschuhe seine
Axialverschiebung veranlassen.
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Die im nachfolgenden beschriebene Vorrichtung kann für jede Art, ganz
gleich welcher, von selbsttätigen Druckluftbremsen (wie Westinghouse-, Soulerin-,
Wenger-, Lipkowski-, Knorr-, New York-Bremse usw.) vierwendet werden; um jedoch
die Beschreibung der Vorrichtung deutlicher zu- machen, ist ihre Verwendung mit
einer Westinghouse-Bremse angenommen, die eine der meist vierbreitesten ist.
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Außerdem ist bei der Zeichnung angenommen, daß die den Gegenstand
der vorliegenden Erfindung bildenden Vervollkommnungen sich der dargestellten Verteflerf_
orm anpassen; es ist aber wohl verständlich, daß sie auch für Verteiler einer ganz
anderen Bauart in Frage kommen könnten.
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Auf der beiliegenden Zeichnung ist lediglich ein Ausführungsbeispiel
dargestellt, und zwar zeigt Abb. r eine schematische Ansicht der gesamten, für jeden
Wagen vorgesehenen Apparatur, Abb.2 den Verteiler und: seinen Elektromagneten im
Grundriß, wobei das Gehäuse nach 2-2 der Abb. 4 geschnitten ist.
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Die Abb.3, 4 und 5 sind Schnitte nach 3-3, 4-4 und 5-5 durch den Verteiler
und dessen Elektromagneten.
Abb.6 zeigt die gleiche Vorrichtung
im Schnitt, und zwar den linken Teil im Schnitt nach 6-6 und den rechten Teil im
Schnitt nach 6a-6a der Abb. 4.
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Abb. p veranschaulicht das Dreiwegeventil im Schnitt.
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Wie aus der Abb. i zu ersehen ist, trägt jedes Fahrzeug außer den
üblichen Organen der Westinghouse-Bremse einen Verteiler G, der' zwischen das DreiwegventilH,
den Hilfsbehälter I und den Bremszylinder J eingeschaltet ist. I(
bezeichnet die Druckluftleitung, L hingegen die elektrische Leitung.
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Ein Rohr i führt vom HilfsbehälterI zu einer zylindrischen Kammer
a (Abb. 3), die im unteren Teil einen Sitz für ein Ventil b aufweist. Oberhalb dieses
Ventils befindet sich eine zweite im oberen Teil geschlossene Kammer c.
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Die beiden Kammern a und c sind infolge eines geringen, zwischen dem
oberen Kranz des Ventils b und der beiden Kammern a
und; c gemeinsamen
Wand vorhandenen Spiels untereinander ständig verbunden. Die Kammer c kann mit der
Atmosphäre durch einen mit Absperrventil e versehenen Kanal 2 kommunizieren. Dieses
Ventil ist an einen Hebel d befestigt, der in einem Punkt f angelenkt ist, so daß
ein Gegengewicht g genügt, um den Hebel d zu verschwenken und das Ventil e von seinem
Sitz zu entfernen.
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Ist das Ventil b gehoben, so wird die Kammer a durch die Öffnungen
2 und 4 (Abb. 3) und die Bohrungen 5 mit einer Ausnehmung i verbunden. Diese ist
im oberen Teil durch einen Kolben k begrenzt, der mit sanfter Reibung in einer Büchse
lt gleitet.
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Oberhalb des Kolbens k ist eine weitere Ausnehmung m vorgesehen, die
durch die Öffnung 6 (Abb. 5) zum Kanal des Dreiweghahnes führt. Wird in der durchgehenden
Druckluftleitung_ Unterdruck erzeugt, so dringt die aus dem Hilfsbehälter anlangende
Luft nach Passieren des Dreiweghahnes ;durch diese Öffnung 6 ein.
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Die Büchse h ist in zwei wagerechten Ebenen mit Bohrungen 7 und 8
versehen (Abb. 3), die in eine ringförmige, die Büchse h umgebende Kammer n münden.
Ist der Kolben k am unteren Hubende, so steht die Ausnehmung m über die Bohrungen
7 mit der Kammer n in Verbindung; ist er hingegen am oberen Hubende, so ist die
Kammer i durch die Bohrungen 8 mit der Kammer n verbunden.
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Die ringförmige Kammer n kommuniziert durch eine Bohrung 9 mit einer
der Kammer a ähnlichen Kammer o, in welcher ein dem Ventil b gleiches Ventil p enthalten.
ist und die an den Bremszylinder J durch eine Bohrung io angeschlossen und bei gehobenem
Ventil p durch die Durchbrechungen i i und 12 und Leitung 13 mit der Atmosphäre
verbunden ist.
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Oberhalb des Ventils p befindet sich eine im oberen Teil geschlossene
Kammer g. Die beiden Kammern o und g sind zufolge eines schwachen, zwischen dem
oberen Kranz des Ventils p und der den beiden Kammern o und g gemeinsamen Wandung
vorhandenen Spiels ständig miteinander verbunden.
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Die Kammer g_ kann mit der Atmosphäre durch eine Leitung 14 (Abb.
4) in Verbindung stehen, die durch ein kleines Ventil s absperrbar ist. Dieses Ventil
ist an einem Hebel r befestigt, der in einem Punkt t derart angelenkt ist,
daß ein Gegengewicht u zur Verschwenkung des Hebels r und damit zum Abheben. des
Ventils s von seinem Sitz genügt.
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Die elektrische Vorrichtung besteht aus zwei Dauermagneten in Hufeisenform
A und B, auf deren jedem Schenkel eine Spule angeordnet ist. Die vier Spulen sind
in Serie geschaltet, wobei aber die Bewicklung derart erfolgt, daß beim Fließen
des Stroms in der einen Richtung der Magnet A unmagnetisch, hingegen beim Strömen
in entgegengesetzter Richtung der MagnetB urmagnetisch wird.
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Die magnetischen Stromkreise der Magnete A und B sind
normal über die Armaturen C, D geschlossen, die durch mit Gewinde versehene Bolzen
an die Hebel d bzw. r angeschlossen sind, derart, daß, wenn die Anker an den Schenkelenden
anliegen, die Ventile e und s die Leitungen 2 und 14 vollkommen sperren.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Ist die Bremse dientstbereit,
d. h. die durchgehende Leitung I( gefüllt, so ist der Druck im Hilfsbehälter der
gleiche wie in der Leitung. Die aus dem Hilfsbehälter 7 anlangende Luft füllt die
Kammer _a,- wohin sie über die Leitung i gelangt, und fernerhin die Kammer c, in
welche sie zufolge dem schwachen, zwischen dem Kranz des Ventils b und der Wandung
vorhandenen Spiel dringt. Der auf die obere Ventilfläche ausgeübte Druck hält das
Ventil unter Druck auf seinem Sitz fest.
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Sendet man in diesem Augenblicke Strom einer Richtung in die Spulen
der Magnete A und B, so wird der Magnet A urmagnetisch und hört auf,
den Anker C anzuziehen. Nun verschwenkt sich der durch das Gewicht g belastete Hebel
d unter Mithilfe des auf das Ventil e ausgeübten Druckes um seinen Punkt f.
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Das Ventil e entfernt sich demnach von seinem Sitz, und, die in der
Kammer c vorhanden gewesene Luft entweicht durch den
Kanal 2 in
die Atmosphäre. Da der Austrittsquerschnitt größer als das zwischen dem Kranz des
Ventils b und der Wandung vorhandene Spiel ist, so wird in der Kammer c rasch ein
dem atmosphärischen Druck benachbarter Druck hergesteat. Das Ventil b, das auf seinem
Sitz nicht mehr festgehalten wird, wird daher durch den gegen die untere Fläche
seines Kranzes ausgeübten Druck gehoben.
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Die die Kammer a füllende Luft strömt nun durch die Öffnungen 3 und
4 und die Bohrungen 5 in die Ausnelunung i. Ist der Kolben k am unteren Hubende,
so wird er durch diese Luft nach oben geschoben, wodurch die Bohrungen 8 bloßgelegt
werden.
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Die Luft dringt solcherart durch die ringförmige Kammer n und die
Leitung 9 in die Kammer o und infolge des schwachen, zwischen dem Kranz des Ventils
p und der Wand vorhandenen Spiels in die Kammer g, woselbst ihr auf die obere Fläche
des Ventils p ausgeübter Druck dieses Ventil auf seinem Sitz festhält.
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Nun ist aber die Kammer o durch die Leitung i o mit dem Bremszylinder
J verbunden. Die Luft dringt demnach in den letzteren und rückt die Kolben auseinander,
so daß die Bremsschuhe gegen die Räder verschoben werden.
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Die Luft strömt aus dem Hilfsbehälter in den Bremszylinder so lange,
wie der Strom in den Spulen kreist. Wird der Stromkreis unterbrochen, so wird der
Anker C durch den Magneten A angezogen, wodurch der Hebel d verschwenkt wird, so
daß dieser das Ventile auf seinen Sitz zurückführt.
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Die weiter zwischen dem Kranz des Ventils b und der Wand der
Kammern a und c strömende Luft kann nicht entweichen, und ihr Druck wird
bald genügend hoch, um das Ventil b auf seinen Sitz zurückzuführen, so daß das Strömen
der Luft aus dem Hilfsbehälter zum Bremszylinder unterbunden ist.
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Sind die Bremsen angezogen und sendet man -Strom entgegengesetzter
Richtung in die Spulen der Magnete A und B, so wird der Magnet B unmagnetisch
und hört auf, den Anker D anzuziehen. Der durch das Gegengewicht unbelastete Hebel
r verschwenkt sich unter Mithilfe des auf das Ventil s sich äußernden Druckes um
den Punkt t.
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Das Ventil s entfernt sich von seinem Sitz, und die in die Kammer
g neingedrungene Luft entweicht durch die Leitung 14 in die Atmosphäre. Da der Austrittsquerschnitt
größer als das zwischen dem Kranz des Ventils p und der den beiden Kammern o und
c gemeinsamen Wandung vorhandene Spiel ist, so stellt sich in der letzteren rasch
ein dem atmosphärischen benachbarter Druck ein. Da das Ventil p auf seinem Sitz
nicht weiter festgehalten wird, so wird es durch den gegen die Unterseite des Kranzes
sich äußernden Druck gehoben. Die die -Kammer o füllende, vom Bremszylinder durch
die Leitung i o zuströmende Luft entweicht frei. in die Atmosphäre durch die Öffnungen
i 1, 12 und die Leitung 13, so daß der Bremszylinder entleert und die Bremsschuhe
abgerückt werden.
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Die Leerung des Bremszylinders dauert so lange, wie der .Strom in
den Spulen kreist. Hört die Stromzuführung auf, so wird der Anker D durch den Magneten
B angezogen, wodurch der Hebel r verschwenkt und das Ventil s auf seinen Sitz gedrückt
wird. Da die Verbindung der Kammer g mit der Atmosphäre nunmehr abgesperrt ist,
so kann die sonst zwischen dem Kranz des Ventils p und der Wandung strömende Luft
nicht entweichen, und ihr Druck erreicht bald eine Höhe, die genügt, um das Ventil
p auf seinen Sitz zurückzuführen, wodurch die Entleerung des Bremszylinders aufgehalten
wird.
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Zu bemerken ist, daß, da die Volumina der Kammern c- , und g unbedeutend
sind, sie augenblicklich gefüllt bzw. geleert werden und die Ventile e oder s sowie
die Ventile b bzw. p zugleich arbeiten.
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Erfolgt eine Bremsung durch den Verteiler, so kann man, ohne die Bremsen
zu lösen, die durchgehende Leitung und damit die Hilfsbehälter laden, so daß man
in der Lage ist, unmittelbar nach teilweisem oder vollständigem Lösen die Bremsen
aufs neue anzuziehen, ohne Schlagwirkungen befürchten zu müssen. Dieser Vorgang
kann ohne Zwischentreten des Führers selbsttätig durch. Stehenlassen des Bremshahns
in der Laufrichtung bewirkt werden.
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Das Anziehen der Bremsen kann auch mittels des Führerhahns oder eines
Hilfshahns und sogar selbsttätig durch Unterdruck in der durchgehenden Druckluftleitung
erfolgen. Zu diesem Zweck ist ein Dreiweghahn H vorgesehen (Abb. 7), der
nach der Erfindung beispielsweise ein Westinghouse-Hahn Xst, sonst aber selbstverständlich
beliebiger Art sein kann. Der eigentliche Körper H des Dreiweghahns ist durch das
Rohr 6 mit dem Verteiler, durch das Rohr 31 mit dem Hilfsbehälter I und durch das
Rohr 30 mit der durchgehenden Druckluftleitung I( verbunden. Der KörperH
weist einen Kolben 32 auf, der einen durch eine Feder 43 gegen die Wände des Körpers
H angedrückten Schieber 33 betätigt. In der auf der Zeichnung angedeuteten Stellung
stellt der Schieber 33 durch die Leitung 34, die Austrittsöffnung 36 und die Öffnung
35 eine Verbindung zwischen dem zum Verteiler führenden Rohr 6 und dem Außenraume
dar. Die Druckluft
der Hauptleitung 1( tritt durch die Leitung 30
in die untere Kammer 37 ein, hebt den Kolben 32 und gelangt durch die Rinnen 38
und 39 und das Rohr 3 i in den Hilfsbehälter I. Der Hilfsbehälter
I, # der Dreiweghahn H und die Hauptleitung I( sind nun mit Druckluft gleicher
Druckstärke gefüllt, und die Bremsen sind, solange dieser Druck besteht, gelöst.
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Sobald in der Hauptleitung K eine kleine Druckabnahme erzeugt wird,,
so bewegt sich der Kolben - der übrigens in seiner anfänglichen Bewegung den Schieber
33 nicht beeinflußt - nach abwärts, wodurch die Speiseöffnung 38 geschlossen. wird.
Der Schieberteil 40 wird vom Kolben 32 mitbewegt, und die Leitung 41 steht durch
die Öffnung 45 mit der oberen Kammer 47 in Verbindung. Bei weiterer Abwärtsbewegung
des Kolbens wird der Schieber 33 durch den festen Ansatz 44 des Kolbens 32 mitgenommen,
bis die Leitung 41 mit der Öffnung 34 und dem zum Verteiler 0r gehenden Rohr 6 verbunden
ist; in diesem Moment ist die Verbindung zwischen dem Verteiler und der Austrittsöffnung
36 unterbrochen, und die Luft des Hilfsbehälters I entweicht durch die Kanäle 45,
41 und 6 in den Verteiler G.
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Die vom Dreiweghahn kommende Luft dringt durch das Rohr 6 in den Hohlraum
m des Verteilers (Abb.5). Dadurch wird der Kolben k nach abwärts gedrückt, wodurch
die Löcher 7 der Hülse h freigelegt werden und die Luft durch die ringförmige Kammer
h und die Öffnung 9 (Abb. 3) in die Kammer o gelangt, um in den Bremszylinder überzutreten.
Der Kolben 32 und der Schieber 33 (Abb.7) werden in ihrer Abwärtsbewegung durch
die oberhalb des Schiebers erfolgende Druckabnahme angehalten, die sich aus der
Ausdehnung infolge Einführung von Luft aus dem Hilfsbehälter I in den Verteiler
G ergibt. Sobald auf diese Weise der Druck in der Kammer 42 etwas kleiner als derjenige
in der Hauptleitung ist, so steigt der Kolben 32 unter der Wirkung dieses kleinen
Druckunterschiedes und schließt das Ventil 40, während der Schieber 33, zurückgehalten
durch die Reibung der Feder 43, in seiner Stellung verharrt.
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Diese Bewegung des Kolbens 32 und des Schieberteiles 40 wiederholt
sich jedesmal dann, wenn in der Hauptleitung K ein neuer Unterdruck erzeugt wird.
Der Führer kann somit zunehmend jeden beliebigen Druck in der Kammer (Abb.5) und
demzufolge im Bremszylinder f erzeugen (vom Minimum bis zum Maximum).
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Tritt indessen in der I-iauptleitung K plötzlich ein beträchtlicher
Unterdruck auf, so legt sich der Kolben 32 augenblicklich gegen die Lederscheibe
47, so daß die Öffnung 34 durch den Schieber vollständig freigelegt ist; die Luft
des Hilfsbehälters l gelangt ungehindert in die Kammer m des Verteilers, und die
Bremsen werden mit maximaler Kraft angezogen.
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Um die Bremsen zu lösen, wird mit Hilfe des Führerhahns von neuem
die Luft 'vom Hauptbehälter in die durchgehende Leitung K eingelassen. Die so eingeführte
Luft überwindet den verminderten Druck des Hilfsbehälters I und dzückt den Kolben
32 in die in Abb. 7 gezeigte Lage; die Luft kann nun durch die Leitungen 34, 35,
36 aus dem Bremszylinder entweichen, und der Hilfsbehälter I wird in der vorstehend
beschriebenen Weise durch die Luft der Hauptleitung wieder aufgefüllt.
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Da die Menge der aus dem Hilfsbehälter in den Bremszylinder behufs
Anziehens strömenden Luft und, andererseits der aus dem Bremszylinder in die Atmosphäre
behufs Lösens der Bremsen strömenden Luft nur von der Zeit, während welcher der
Strom in den Spulen kreist, sowie von den Abmessungen der Durchgangsöffnungen abhängt,
so ersieht man sofort, daß bei gleicher Stromschlußdauer die vom Bremszylinder empfangene
oder aus ihm entweichende Luftmenge nur vom Durchgangsquerschnitt abhängt.
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Verändert man diesen Querschnitt im Verhältnis zum Hub der Kolben
des Bremszylinders, so wird der Druck auf dieselben unabhängig von der Abnutzung
der Bremsschuhe. Desgleichen ändert man diesen Querschnitt im Verhältnis zum Gewicht
des Fahrzeugs und dessen Ladung, so ändert sich der auf die Kolben der Bremszylinder
ausgeübte Druck in entsprechender Weise. Die Bremsleistung pro Tonne ist also konstant,
welches Resultat mit Hilfe von im folgenden beschriebenen Vorrichtungen erhalten
wird.
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Die in den Zylindern 15 und 16 gebohrten Öffnungen 3 und i i haben
rechteckige Querschnitte von gleichen Abmessungen wie die in den Büchsen v und x
gebohrten Öffnungen; in der in Abb. 3 dargestellten Lage liegen die Durchbrechungen
3 und 4 einerseits und 11, 12 andererseits einander gegenüber. Diese Lage sichert
den größten Durchgangsquerschnitt entsprechend einer Vollbelastung des Fahrzeuges
und der größten Bremsschuhabnutzung. Das volle Anziehen der Bremsen wird in, einem
solchen Falle in io Sekunden erhalten.
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Die Zylinder i5 und 16 laufen in Bunde 17> 18 aus, die als Zahnräder
ausgebildet sind, welche mit einer an die Wagenfedern angeschlossenen Zahnstange
in Eingriff stehen. In dem Maße, wie die Belastung abnimmt, hebt sich der Fahrzeugkasten,
und
die Zahnstange i 9 erfährt einen Zug, wodurch die Zylinder 15,
16 gedreht werden und der Luftdurchgangsquerschnitt verringert wird.
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Jeder der Zylinder 15, 16 ist parallel zu seiner Achse vermittels
mit Gewinde versehener Bolzen 20, 21 verstellbar, die nicht verschiebbar, wohl aber
durch Zahnstange 22 und Zahnräder 23, 24 verdrehbar sind. Sind die Bremsschuhe neu,
so befinden sich die Zylinder 15, 16 in ihrer tiefsten Lage, aber in dem Maße ihrer
Abnutzung hebt die durch die Kolbenstange bewegte Zahnstange 22, sobald sie sich
in dem der Bremsung entsprechenden Sinne verstellt, die- -Zylinder, wodurch der
Luftdurchgangsquerschnitt vergrößert wird.
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Der von einer auf der Lokomotive oder dem Tender angeordneten Stromquelle
gelieferte Strom wird in dem einen oder dem anderen Sinne unter Vermittelung eines
beliebigen, durch den Führer bedienten Stromwenders gesandt. Der Stromkreis setzt
sich aus einem isolierten Kabel und der Erde bzw. den Schienen zusammen. Das Kabel
jedes Fahrzeuges ist an jedem Wagenende an den Kuppelkopf angeschlossen. Da dieser
von der Masse durch eine ihn tragende Gummileitung isoliert ist, so genügt es, einen
guten Kontakt zwischen den Kuppelköpfen zu sichern, um eine fortlaufende elektrische
Leitung zu erhalten. Zu diesem Behufe können die Kuppelköpfe sowie ihre Stützflächen
mit einer Lage nicht oxydierbaren Stahls in Blattform überzogen werden. Die Reaktion
der Pufferfedern sichert einen einwandfreien Kontakt.
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Die Spulen der Magnete A und B werden im Nebenschluß
durch eine das Kabel an die Klemme E anschließende Leitung gespeist. Das
andere Ende des Spulendrahtes ist an die nicht isolierte Verteilerklemme F angeschlossen,
die, um einen guten Erdkontakt zu sichern, z. B. durch einen Kupferdraht mit dem
metallenen Wagenrahmen verbunden ist.
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Im Falle einer Beschädigung der pneumatischen Organe wird die allgemeine
Leitung vom Dreiweghahn und daher auch vom Hilfsbehälter vermittels eines Isolierhahns
Q" (Abt. i) abgeschaltet. Betrifft die Beschädigung nur den Verteiler G, so kann
es vorteilhaft sein, die Bremsen unter Verwendung des Führerhahns einzurücken.
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In diesem Falle genügt es, die Spulen der Magnete A und B abzuschalten
und gleichzeitig zu verhindern, daß die kleinen Ventile e und s sich heben. Dieses
Resultat wird durch eine Welle M, die mit drei Einschnitten versehen ist, gesichert.
In der in den Zeichnungen dargestellten Lage können die Ventile e und s sich heben,
und die Spulen sind eingeschaltet. Dreht man die Welle M um i 8o', so stützt sie
sich am Umfang auf Federn y und z der Hebel d und r ab und hindert
das Heben der Ventile. Der Winkelhebel N dagegen, der durch die Feder P beeinflußt
ist, fällt in den Einschnitt der Welle M, wodurch die Spulen ausgeschaltet werden.
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Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die hier dargestellte
Bauart des Verteilers. Der hier beschriebene Verteiler ergibt sehr zufriedenstellende
Resultate, die allen durch die internationale Konvention von Bern vom Jahre 19o_9
aufgestellten Bedingungen entsprechen.