-
Vorrichtung zur Erhöhung der Durchschlagsgeschwindigkeit bei Druckluftbremsen
Es sind Vorrichtungen zur Erhöhung der Durchschlagsgeschwindigkeit eines Druckänderungsimpulses
in der Druckluftbrems-Leitung eines Eisenbahnzuges bekannt, bei denen die Übertragung
des Impulses von einem Fahrzeugende bis zum anderen mittels mechanischer Übertragungsmittel
erfolgt, zu dein Zweck, in der Bremsleitung je einen neuen selbständigen Impuls
zu erzeugen, der dein ursprünglichen um die Fahrzeuglänge vorauseilt.
-
Es ist auch vorgeschlagen worden, die Impulse mit elektrischen Mitteln
von einem Fahrzeugende zum anderen zu übertragen und sich hierbei der im Fahrzeug
mitgeführten elektrischen Energiequelle (Beleuchtungsbatterie) zu bedienen, indem
die das Fahrzeug erreichende Druckänderungswelle einen an dein von ihr zuerst erreichten
Fahrzeugende befindlichen Schalter schließt, wodurch ein am anderen Fahrzeugende
befindlicher Elektromagnet erregt wird und ein Bremsleitungsauslaßventil öffnet,
hierdurch einen, neuen, selbständigen Druckänderungsimpuls hervorrufend.
-
Der praktischen Anwendung der Ausführungsform der Vorrichtung mit
elektrischer Übertragung stellen sich indessen Schwierigkeiten entgegen, die hierunter
näher erläutert werden, und die bei der rein mechanischen Übertragung nicht auftreten.
Der letzteren wird daher überall dort der Vorzug gegeben, wo die Raumverhältnisse
ihre Anordnung, insbesondere das Verlegen der möglichst geradlinig unter dem Fahrzeug
verlaufenden, von der an einem Ende des Fahrzeugs zu der am anderen Fahrzeugende
befindlichen Ventilvorrichtung führenden Zugstange gestatten.
-
Bei Fahrzeugen, bei denen der unter dem Wagenkasten befindfiche Raum
durch Motoren, Kompressoren, Schaltschützanlagen, Druckluftbremsanlagen und andere
mehr bereits in Anspruch genommen ist, ist die Verlegung der mechanischen Übertragungsmittel
nicht angängig; für diese Fahrzeuge kommt die elektrische Übertragung in Betracht,
deren Stromkabel nicht geradlinig verlegt zu werden braucht.
-
Die Schwierigkeiten, die sich nach obiger Andeutung der Anwendung
der elektrischen Übertragung entgegenstellen, erklären sich folgendermaßen: Um ein
mit Bremsleitungsdruck belastetes Bremsleitungsauslaßventil elektromagnetisch zu
öffnen, bedarf es eines Elektromagneten von einer bestimmten Leistung, die als nicht
gering zu bezeichnen ist. Der Aufbau des hierfür erforderlichen magnetischen Kraftfeldes
würde einen Zeitabschnitt erfordern, der in einem verhältnismäßig langen Zeitraum
zwischen
dem Einschalten des Erregerstroms für den Magneten und dem Öffnen des Bremsleitungsauslaßventils
seinen Ausdruck findet. Da die Vorrichtung aber für sehr schnell fahrende Züge bestimmt
ist (16o kmJStd.) und bei solchen mit allen Mitteln eine Verkürzung des Bremsweges
angestrebt werden muß, so würde die Zeitversäumnis, die sich aus dem Aufbau des
hinreichend kräftigen magnetischen Kraftfeldes ergibt, sehr unliebsam empfunden
werden.
-
Wollte man sie - bei Anwendung der bislang bekannten Mittel - vermeiden,
so müßte man dem Bremsleitungsauslaßventil einen Elektromagneten geben, der es momentan
öffnet; d. h. der Elektromagnet müßte, noch bevor er das seiner Abmessung und der
Größe seines Erregerstromes entsprechende Kraftfeld entwickelt hat, schon bei Beginn
des Aufbaues des Kraftfeldes genug Kraft entwickeln, um das Bremsleitungsauslaßventil
zu öffnen.
-
Daraus würden sich übermäßig bemessene Elektromagnete und übermäßige
Beanspruchung der Erregerbatterie ergeben; denn der Aufbau eines magnetischen Kraftfeldes
erfolgt bekanntlich in der Weise, daß der Erregerstrom in der Spule im Augenblick
des Einschaltens nicht momentan seinen Höchstwert hat, sondern sich diesem allmählich
nähert.
-
Ein weiterer Umstand, der bisher sich der Anwendung der elektrischen
Übertragung für derartige Vorrichtungen hindernd entgegengestellt hat, liegt darin,
daß im Interesse reichlicher Bremsleitungsentlüftung bei der Erzeugung eines neuen
Impulses die vom Bremsleitungsauslaßventil freigelegte Auslaßöffnung nicht viel
kleiner sein darf als der Leitungsquerschnitt; das ergibt bei einer Leitung von
i" lichtem Durchrriesser einen Hub des Öffnungsventils von etwa 8 mm. Da aber mit
zunehmender Entfernung des Ankers des Elektromagneten von der Spule die Kraft des
Magneten stark abnimmt, so liegt hierin ein weiterer Grund für die Überdimensionierung
des Magneten und der Anwendung sfarken Erregerstromes. Die Erfüllung dieser Forderung
ist aber im Hinblick auf die geringe Leistungsfähigkeit der auf Eisenbahnwagen mitgeführten
Beleuchtungsbatterie nicht durchführbar.
-
Aber selbst dann, wenn die angedeuteten Schwierigkeiten nicht bestünden,
würde die Notwendigkeit des sicheren Ein- und Ausschaltens der erforderlichen hohen
Stromstärken Schwierigkeiten verursachen, weil die Schaltzeiten gering sein müssen
und mit Rücksicht auf die Gefahr der Lichtbogenbildung die Schaltvorgänge mit großer
Geschwindigkeit durchgeführt werden müssen; die Rücksicht auf die niedrige Spannung
(a4 Volt) erfordert großen Druck zwischen den Kontaktflächen.
-
Die Erfindung setzt es sich nun zur Aufgabe, bei Anwendung elektrischer
übertragung die angedeuteten Schwierigkeiten zu überwinden, wobei zusammenfassend
nochmals die Forderungen genannt seien, die unbedingt erfüllt werden müssen: i.
Das Bremsleitungsauslaßventil muß möglichst groß sein, es muß dabei aber möglichst
leicht und möglichst unbelastet sein.
-
a. Der Hub dieses Ventils muß hinreichend groß sein, der diesen Hub
hervorrufende Hub des Ankers des Elektromagneten jedoch möglichst klein.
-
3. Der Magnet muß mit Bezug auf die von ihm zu fordernde Leistung
zwar möglichst weit überdimensioniert werden, wobei aber dennoch mit sehr geringer
magnetischer Leistung auszukommen ist, da die von ihm zu fordernde Leistung durch
die hierunter näher erläuterte Zwischenschaltung einer hydraulischen Übersetzung
zwischen dem Magneten und dem von ihm zu öffnenden Bremsleitungsauslaßventil sehr
gering ausfällt.
-
4. Der im Erregerstromkreis für den Magneten befindliche Schalter
muß einen möglichst kleinen Schaltweg besitzen und dabei große Kontaktflächen aufweisen.
-
5. Die Schaltbewegung muß möglichst schnell durchgeführt werden.
-
6. Die Kontaktflächen müssen mit großem Druck aufeinanderliegen.
-
Wie diese Bedingungen durch die Vorrichtung nach der Erfindung erfüllt'werden,
ergibt sich aus der den Erfindungsgegenstand veranschaulichenden Zeichnung und der
nachfolgenden Beschreibung.
-
Auf der Zeichnung zeigt Mb. i die Vorrichtung nach der Erfindung
in schematischer Darstellungsweise.
-
Abb. a zeigt den im Bremsleitungskupplungskopf untergebrachten, durch
Druckluft betätigten elektrischen Schalter.
-
Abb. 3 zeigt die Anordnung der Vorrichtung an mehreren miteinander
gekuppelten Fahrzeugen.
-
An die Bremsleitung i ist an einem Ende des Fahrzeugs der Druckluftschalter
a, .am anderen Fahrzeugende das Bremsleitungsauslaßventil 3 mit Elektromagneten
angeschlossen.
-
Der Druckluftschalter z besitzt einen beispielsweise .als Faltenbalg,
Wellrohr o. dgl. ausgeführten Teil 4 mit einem Kolbenboden 5. einer in diesem befindlichen
Düse 6 und einem Stößel 7, mit dem er auf einen Ventilteller 8 einwirkt, der mit
einer Lederscheibe, Gummischeibe o. dgl. 9 einen von einem ventilsitzartigen Rand
umschlossenen Raum io abschließt.
Der Raum io steht durch eine in
der Gehäusewandung befindliche Bohrung i i mit der Außenluft in Verbindung.
-
Der Ventilteller 8 besitzt auf seiner unteren Fläche einen Kontaktring
12, diesem steht ein gleichartiger Kontaktring 13 gegenüber, der am Gehäuse der
Druckluftschaltvorrichtung befestigt ist. Das Gehäuse ist derart an die Bremsleitung
i angeschlossen, daß der Wehkörper d. in einen mit Leitungsluft gefüllten Raum hineinragt.
-
Das am anderen Fahrzeugende befindliche Lremsleitungsauslaßventil
besteht aus dem dieses Ventil und den zugehörigen Elektromagneten umschließenden
Gehäuse 3. Der von einer Schließfeder 21 belastete Ventilkörper 20 schließt die
Verbindung zwischen der Bremsleitung i und einer Kammer 22 ab, die über eine Düse
30 mit der freien Luft in Verbindung steht.
-
Im oberen Teil des Gehäuses 3 befindet sich der Elektromagnet 1q.,
dessen Anker 15 mittels eines Tellers 16 auf eine Membran 17 einwirkt, die einen
mit Flüssigkeit gefüllten Raum 18 nach oben hin abschließt. Der Raum i8 setzt sich
nach unten hin -ih einen Wehkörper ig fort, dessen Boden mit der Spindel des Ventils
20 in Berührung steht. Die Platte 17 und der Boden des Wellkörpers ig stellen eine
Übersetzungsvorrichtung dar, die die geringe Bewegung des Ankers 15 des Elektromagneten
1.4 gemäß ihrem Flächenverhältnis in die reichliche Öffnungsbewegung des Ventils
2o umsetzt.
-
Der Raum, in dein sich der Elektromagnet 1..1. befindet, steht über
eine Düse 29 mit der Bremsleitung i in Verbindung. Die Membran 17 ist daher auf
der Oberseite durch den Bremsleitungsdruck belastet; die Größe der Membran 17 und
der druckbelastete Teil des Ventils : 1 sind so bemessen, daß der auf das Ventil21
ausgeübte Leitungsdruck und ein Teil der Spannung der Schließfeder 21 durch den
auf die Membran 17 wirksamen Leitungsdruck ausgeglichen «erden.
-
Die Spule des Elektromagneten 1¢ steht einerseits mittels der Leitung
27 mit der Batterie 28 in Verbindung, die ihrerseits mit dem Kontaktring 12 verbunden
ist; anderseits ist die Magnetspule mittels der Leitung 26 mit dem Kontaktring 13
verbunden. In die letztgenannte Verbindung ist ein Schalter z5 gelegt, der durch
den im Sinne des Schließens des Schalters 25 mit der Feder 2q. belasteten Kolben
23 gesteuert wird, der sich in einem zylindrischen Ansatz der Kammer 22 befindet
und vorgesehen ist, um den Schalter 2 nach seinem Wirksamwerden möglichst schnell
von der Batterie zu trennen, um auf diese NN' eise die Kontakte 12 und 13 zu schonen.
-
Die beschriebene Vorrichtung gestattet auch eine Vereinfachung der
Notbremseinrichtung. Von jeder der beiden Leitungen 26 und 27 wird eine Zweigleitung
in das Innere des Fahrzeugs bzw. in das Innere jedes Fahrzeugabteils geführt und
zwischen den Enden dieser Leitungen ein in der Offenstel_lung plombierter Schalter
31 angeordnet.
-
Beim Füllen der Bremsleitung i mit Druckluft ist das Bremsleitungsauslaßventil2o
durch seine Schließfeder 2i geschlossen. Der Raum oberhalb der Membran 17 füllt
sich über die Düse 2g mit Druckluft, der in diesem Raum langsam ansteigende Druck
überträgt sich mittels der Membran 17 und der unter ihr befindlichen Flüssigkeit
sowie des Faltenbalges ig auf die Spindel des Ventils 2o und entlastet dieses allmählich.
Da die Düse 29 die Auffüllung des über der Membran 17 befindlichen Raumes verzögert,
so wird das Ventil 2o zunächst unter Überdruck auf seinen Sitz gepreßt; erst nachdem
der Druck in dem genannten Raum die Größe des Leitungsdruckes erreicht hat, ist
das, Ventil 2o und ein Teil der Feder 21 entlastet, wodurch die oben unter i. genannte
Bedingung erfüllt ist. Die Entlastung .des Ventils 2o und der geringe Hub, den infolge
der Zwischenschaltung der Flüssigkeitsübersetzung der Elektromagnet auszuführen
hat, um das Ventil 2o zu öffnen, gestatten eine erhebliche überdimensionierung der
Magneten gegenüber der von ihm geforderten Leistung, wodurch die unter 2. und 3.
angeführten Bedingungen erfüllt sind. Da das Ventil 2o geschlossen und der Raum
22 über die Düse 30 entlüftet ist, so hält der Kolben 23 unter dem Einfluß
seiner Feder 24 den Schalter 25 geschlossen. ' Der Faltenbalg q. in der Schaltvorrichtung
2 wird beim Füllen der Bremsleitung i zusammengedrückt, dadurch wird das Ventil
8 mit der Dichtungsscheibe g fest auf den Sitz gepreßt, der Kontaktringschalter
12, 13 ist geöffnet. Durch die Düse 6 füllt sich der Innenraum des Faltenbalges
q. mit Druckluft bis zum Druckausgleich; die Feder 32 soll, wenn innerhalb und außerhalb
des Faltenbalges d. Druckgleichheit herrscht, also vornehmlich bei voll aufgefüllter
Bremsleitung i, den Stromkreis sicher unterbrechen.' Die saugnapfartige Wirkung
des entlüfteten Raumes io hält das Ventil 8, g unbedingt fest geschlossen.
-
Hierdurch ist die Erfüllung der oben unter q.. angegebenen Forderung
ermöglicht; gleichzeitig ist durch die saugnapfartige Wirkung die unter 5. genannte
Forderung erfüllt, da der Saugnapf das Ventil beim Schließen des Kontaktringschalters
zunächst festhält und erst nach Überwindung der Saugnapfwirkung und demgemäß nach
Verschwinden des Bewegungswiderstandes ein rasches Aufeinanderprallen
der
Kontaktringe 12 und 13 eintreten kann.
-
Da die in der Zeichnung dargestellte, aus dem Druckluftschalter 2
und dem Elektroventil 3 bestehende Vorrichtung am Fahrzeug doppelt vorhanden ist,
nämlich an jedem Fahrzeugende ein Schalter 2, dessen zugehöriges Elektroventil 3
sich am entgegengesetzten Fahrzeugende befindet, so wird beim Bremsen, von welcher
Seite auch die Druckminderungswelle an das Fahrzeug herankommen mag, zunächst einer
der Druckluftschalter 2 davon betroffen. Der Faltenbalg oder das Wellrohr 4 wird
hierdurch gestreckt, der Saugnapf 9 wird vom Raum io abgerissen und dadurch der
Schaltring 12 mit großer Kraft und großer Geschwindigkeit auf den Schaltring 13
gepreßt. Damit wird der Stromkreis von der Batterie 28 über die Schaltringe 12 und
13, Leitung 26, den Schalter 25 zur Magnetspule 14 geschlossen. Der Anker 15 wird
angezogen; die Flüssigkeit im Raum i8 gelangt unter den zusätzlichen Druck des Magneten,
das Wellrohr i9 öffnet das Ventil 2o, und die Druckluft strömt rasch. in die Kammer
22; damit ist eine annähernd um die Fahrzeuglänge vor der ursprünglichen Druckv
erminderungswelle herlaufende neue Druckminderungswelle in der Bremsleitung i erzeugt.
Der in der Kammer 22 sehr rasch sieh bildende Überdruck öffnet mittels des Kolbens
23 den Schalter 25 mit großer Geschwindigkeit. Hierdurch wird der Überbeanspruchung
der Batterie 28 vorgebeugt, und die Kontakte 12 und 13 werden vor dem Verbrennen
geschützt, da das Öffnen der Kontakte 12 und 13 nach erfolgtem -Druckausgleich durch
die Düse 6 unter dem Einfluß der im Wellrohr 4 befindlichen Feder nur schleichend
erfolgt.
-
Durch die Unterbrechung des Erregerstromes des Elektromagneten 14
verliert der Raum i8 seinen zusätzlichen Druck, das Ventil 2o schließt sich unter
der Wirkung der Feder 21, die Kammer 22 entlüftet sich durch die Düse
30 und - nachdem hierbei der Druck in der Kammer 22 unter den der Spannung
der Feder 24 entsprechenden Wert gesunken ist - schließt sich der Schalter 25 wieder,
und die Vorrichtung ist wieder betriebsbereit.
-
Die oben beschriebene elektrische übertragung gestattet es aber, auch
die Schlauchkupplung in die beschleunigende Wirkung der Vorrichtung einzubeziehen.
-
Der Druckluftschalter 2 läßt sich in der aus Abb. 2 ersichtlichen
Weise in dem entsprechend ausgeführten Kuppelkopf der Schlauchkupplung anordnen,
so daß das am anderen Wagenende befindliche Bremsleitungsauslaßventil schon in Wirksamkeit
tritt, wenn die Druckminderungswelle in der rremsleitung den Kuppelkopf der Schlauchkupplung
erreicht.
-
Der besondere Wert dieser -Einrichtung, gegen die man einwenden könnte,
daß man noch bessere Ergebnisse erzielen könnte, wenn man eine durchgehende elektrische
Leitung zur Anwendung bringen würde; ergibt sich daraus, daß letztere Maßnahme nur
im Wege internationaler Übereinkunft durchgeführt werden könnte, da Fahrzeuge, die
dieser Leitung entbehren, nicht an beliebiger Stelle eines Zuges mit durchgehender
Steuerleitung eingestellt werden können.
-
Die Ausführung in der oben vorgeschlagenen Form bedarf einer solchen
internationalen Regelung nicht, da Fahrzeuge, die nicht mit der Vorrichtung nach
der Erfindung ausgerüstet sind, ohne weiteres von der beschleunigten Druckminderungswelle
überschlagen werden.
-
Bei der Einrichtung nach der Erfindung bleibt nur die Länge des an
dem einen Fahrzeugende befindlichen Bremsleitungskuppelschlauches von der Vorrichtung
unbeeinflußt; in diesem einen Kuppelschlauch überträgt sich die Druckminderungswelle
nur mit Schallgeschwindigkeit.