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Druckluftbremse Die Erfindung bezieht sich auf Druckluftbremsen, deren
den Bremszylinderdruck überwachendes Steuerventil vom Druck im Bremszylinder, dem
Druck in der Hauptluftleitung oder einer Hilfssteuerkammer und einem konstanten
Druck beeinflußt wird. Bei Eisenbahnzügen, deren Bremsanlage mit solchen Steuerventilen
ausgerüstet ist, kann bei undichten Bremszylindern der Fall eintreten, daß bei einem
ohne Lokomotive abgestellten gebremsten Zug infolge der fortwährenden Nachspeisung
aus den Vorratsluftbehältern in die undichten Bremszylinder eine völlige Entleerung
dieser Behälter, der Bremszylinder sowie der gegebenenfalls vorhandenen Hilfssteuerkammern
eintritt. Daraus entsteht die schwerwiegende Gefahr, daß nach Wiederankuppeln einer
Lokomotive deren Luftpumpe unter Umständen nicht ausreicht, die großen Vorratsluftbehälter,
aus denen weiterhin Luft nach den undichten Bremszylindern und von diesen ins Freie
strömt, zu versorgen und außerdem in den aufzupumpenden Räumen der Steuerventile
einen solchen Druckanstieg zu erzeugen, daß sich diese Ventile aus ihrer bisherigen
Füllstellung, in welcher Vorratsluftbehälter und Bremszylinder verbunden sind, in
die Abschlußstellung bewegen, in welcher diese Verbindung unterbrochen ist. Es kann
der Fall eintreten, daß die Summe der Undichtheiten der Bremszylinder der Leistungsfähigkeit
der Pumpe entspricht, so daß die ganze geförderte Luft aus den Vorratsluftbehältern
über die Bremszylinder zwar wieder ins Freie abströmt, aber die Steuerventile nicht
in die Lösestellung bringen kann und daher die Bremszylinder fortgesetzt belüftet,
so daß die Bremse überhaupt nicht lösbar ist. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine
Druckluftbremse so zu gestalten, daß auch bei starken Undichtheiten der Bremszylinder
die Steuerventile auf jeden Fall aus ihrer Füllstellung
in die Stellung
bewegt werden können, in welcher die Verbindung zwischen Vorratsluftbehältern und
Bremszylindern gesperrt ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß vor allem dadurch
gelöst; daß bei einem Steuerventil der genannten Art bei geöffneter Leitungsverbindung
zwischen Vorratsluftbehälter und Bremszylinder die Fülleitung zum Vorratsluftbehälter
oder einem Teilraum desselben gesperrt ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Druckluftbremse
in schematischer Weise dargestellt.
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Gemäß Fig. i wird die von einem Vorratsluftbehälter i zum Bremszylinder
3 einer Druckluftbremse führende Leitung 5 von einem Doppelventil 7, 9 überwacht,
welches ein Teil des ein sogenanntes Dreidruckventil darstellenden Steuerventils
ii bildet. In der dargestellten Füllstellung ist der Ventilteller 7 von seinem Sitz
13 abgehoben, während der Teller 9 auf dem Sitz 15 aufliegt und dabei einen Kanal
17 absperrt. Der Kanal 17 verbindet bei geöffnetem Ventil 9 den Raum i9 des Steuerventils
mit dem Raum 21, welcher über einen Auslaß 23 mit der Außenluft verbunden ist. Die
beiden Räume i9 und 21 sind durch einen Kolben 25 voneinander getrennt. Dieser Kolben
ist mit dem den Kanal 17 enthaltenden Teil sowie einer Stange 27 vereinigt. Die
Stange 27 ist sowohl bei ihrem Eintritt in das Schiebergehäuse 29 als auch in den
Raum 32 des Dreidruckventils ii abgedichtet geführt und trägt an ihrem in der Zeichnung
unteren Ende einen Ventilteller 33, welcher mit einem Sitz eines Kolbens 35 zusammenwirkt.
Der Kolben 35 trennt den Raum 32 vom Raum 34. Letzterer ist durch eine Kammer 37
vergrößert. Der Raum 32 ist über eine Leitung 39 mit der Hauptluftleitung 41 verbunden,
welche sämtliche Wagen des Zuges durchläuft. Die Fülleitung 47 für den Behälter
i wird durch einen Schieber 49 im Gehäuse 29 des Steuerventils ii überwacht. Der
Schieber 49 ist mit der Stange 27 verbunden. In die Fülleitung 47 ist ein Rückschlagventil5o
eingeschaltet.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Im gelösten
Zustand der Bremse ist der Raum 32 über das geöffnete Ventil 33 mit dem Raum 34
sowie dessen Vergrößerungskammer 37 verbunden. In diesen Räumen sowie in der Hauptluftleitung
41 herrscht bei gelöster Bremse der gleiche Höchstdruck. Außerdem ist in der Lösestellung
des Steuerventils ii der Schieber 49 zusammen mit den Kolben 25 und 35 so weit nach
unten verschoben, daß die Fülleitung 47 für den Vorratsluftbehälter i freigegeben
ist und der Vorratsluftbehälter somit sich ebenfalls auf den Druck deio Hauptluftleitung
auffüllt. Dadurch, daß das Ventil? auf seinem Sitz 13 aufsitzt, ist die Leitung
5 zum Bremszylinder 3 gesperrt. Das Ventil 15 ist geöffnet und dadurch der Bremszylinder
3 über den Auslaß 23 entlüftet.
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Wird zwecks Einleitung einer Bremsung der Druck in der Hauptluftleitung
41 und damit auch im Raum 32 verringert, so wird der Kolben 35 infolge des in den
Räumen 34, 37 auftretenden Überdruckes nach oben bewegt, schließt das Ventil 33
ab, nimmt den Kolben 25 mit, wodurch außerdem das Ventil 15 geschlossen und das
Ventil 7 geöffnet wird. Der Auslaß 23 ist jetzt gesperrt, und der Bremszylinder
3 wird über die Leitung 5 aus dem Behälter i mit Druckluft versorgt. Der steigende
Druck im Raum i9 wirkt zusammen mit dem neueingestellten Druck in der Hauptluftleitung
41 und damit im Raum 32 des Steuerventils- gegen den konstant gebliebenen Druck
im Raum 34, 37 und bewegt das Kolbensystem schließlich in die Stellung, in welcher
das Füllventil ? geschlossen wird, ohne daß das Auslaßventil15 geöffnet wird. Damit
ist die gewünschte Bremsstufe eingestellt. Läßt der Druck im Bremszylinder 3 nach,
verringert sich auch der Druck im Raum i9 des Dreidruckventils ii. Dadurch bewegt
sich der Kolbensatz 25, 35 aufwärts und öffnet erneut das Ventil ?. Die damit einsetzende
Nachspeisung in den Bremszylindern erhöht wieder den Druck, bis seine ursprüngliche
Höhe erreicht ist und erneut der Gleichgewichtszustand des Dreidruckventils und
damit dessen Abschlußstellung -sich einstellt.
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Wenn der Kolbensatz 35, 25 das Ventil 7 um ein bestimmtes Maß angehoben
hat, sperrt der Schieber 49 am Gestänge 27 des Dreidruckventils ii die Füllleitung
47 für den Vorratsluftbehälter i ab. Diese Maßnahme wird von Bedeutung, wenn infolge
von Undichtheiten an den Bremszylindern nachgespeist wird und die nachgespeiste
Luft in der Hauptluftleitung 41 und damit auch im Vorratsluftbehälter i zunächst
nicht ersetzt werden kann. Dieser Betriebszustand stellt sich ein, wenn z. B. ein
Zug mit undichten Bremszylindern im gebremsten Zustand abgestellt und die Lokomotive
als Luftspender entfernt wird: Das Nachlassen des Druckes in den undichten Zylindern
und damit auch in den Räumen i9 der zugehörigen Steuerventile ii läßt die letzteren
in die Nachspeisestellung gehen, in welcher die Zylinder über die Leitungen 5 mit
den zunächst noch gefüllten Vorratsluftbehältern i verbunden werden. Infolge der
bleibenden Undichtheit wiederholt sich das Nachspeisen so lange, bis der Druck im
Vorratsbehälter i auf Null abgesunken ist. Außerdem ist inzwischen aber auch der
Überdruck im Raum 32 verschwunden, weil die Hauptluftleitung 41 auch bei Abschluß
der Hähne an ihren Enden infolge Undichtheit sich entlädt. Infolge der fehlenden
Überdrücke in den Räumen i9 und 32 des Steuerventils ii nimmt der Kolbensatz 25,
35 unter dem konstant gebliebenen Überdruck in den Räumen 34, 37 Seine äußerste
Füllstellung ein, in welcher der Schieber 49 auf jeden Fall die Fülleitung 47 für
den Vorratsluftbehälter i absperrt.
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Wird die Lokomotive wieder an den Zug angekuppelt und damit von deren
Luftpumpe wieder Druckluft in die Hauptluftleitung 41 gefördert, so kommt die eingespeiste
Luftmenge zunächst nur dieser Leitung und den an diese angeschlossenen Räumen 32
der Steuerventile zugute, ohne daß Luft in Vorratsluftbehälter strömen kann, welche
mit undichten Bremszylindern zusammenwirken. Damit ist die notwendige Druckerhöhung
sichergestellt, welche die Steuerventile in die Abschlußstellung zwingt, in welcher
Bremszylinder und Vorratsluftbehälter getrennt sind. Erst jetzt hat auch der Schieber
49 die Leitung 47 freigegeben, und die Behälterfüllung beginnt. Unter dem weiteren
Druckanstieg in der Hauptluftleitung 41 geht das Dreidruckventil schließlich in
die Löse-
Stellung, in welcher bei f,-,'(lauerndem -Abschluß des
Ventils 7 das Entlüftungsventil 15 für den Bremszylinder 3 sich öffnet. Außerdem
ist, wenn die Volllösestellung, d. h. der höchste Regeldruck in der Hauptluftleitung
41 erreicht ist, auch das Ventil 33 zur evtl. Ergänzung des konstant zu haltenden
Druckes in den Räumen 34, 37 aufgegangen.
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In Fig.2 ist die Verwirklichung des Erfindungsgedankens bei einer
Bremsanlage gezeigt, deren Steuerventil aus dem den Druck im Bremszylinder 3 überwachenden
Ventil ii sowie einem Vorsteuerventil 51 und einer zwischen die beiden Ventile geschalteten
Hilfssteuerkammer 53 besteht. Diese Hilfssteuerkammer ist mittels einer Leitung
55 einerseits mit dem Raum 32 des Steuerventils ii und andererseits mit einem Raum
57 des Vorsteuerventils 51 verbunden. Im Gehäuse des letzteren Ventils ist ein Kolben
59 gelagert, welcher einen Ventilteller 61 betätigt, der eine Entlüftungsleitung
63 der Hilfssteuerkammer 53 überwacht. Die Leitung 63 führt zweckmäßig über den
Raum i9 des Dreidruckventils ii in den Bremszylinder 3.
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Wird ein mit solchen Steuerventilen ausgerüsteter Zug, bei welchem
wiederum Bremszylinder undicht sind, im gebremsten Zustand ohne Lokomotive abgestellt,
so geht infolge der unvermeidlichen Entladung der Hauptluftleitung 41 der Kolben
59 des Vorsteuerventils 51 unter dem Überdruck im Raum 57 gegen die Wirkung der
Feder 6o in eine Stellung, in welcher das Ventil 61 geöffnet ist. Bei undichtem
Bremszylinder sinkt der Druck itn Raum i9 des Dreidruckventils ii, wodurch dieses
in die Füllstellung gesteuert wird, in welcher Luft aus dem Vorratsluftbehälter
i über die Leitung 5 in den Zylinder nachgespeist wird. Außerdem strömt die Luft
aus dem Raum 32 des Dreidruckventils und der mit diesem Raum verbundenen Hilfssteuerkammer
53 über die Leitung 55, das offene Ventil 61, die Leitung 63, den Raum i9 und die
Leitung 5 ebenfalls in den Bremszylinder 3 und über die Undichtheit weiter ins Freie.
Schließlich sind der Bremszylinder 3, die Räume i9 und 32 des Dreidruckventils ii
sowie die Hilfssteuerkammer 53 und der Vorratsluftbehälter i entladen. Der Kolben
59 des Vorsteuerventils 51 geht nun infolge des fehlenden Überdrucks im Raum 57
unter der Wirkung der Feder 6o wieder in seine gezeigte Stellung zurück, in welcher
das Ventil 61 geschlossen ist. Infolge der Drucklosigkeit der Räume i9 und 32 nimmt
der Kolbensatz 25, 35 des Dreidruckventils wieder seine äußerste Füllstellung ein,
in welcher die Speiseleitung 47 für den Vorratsluftbehälter i durch den Schieber
49 abgesperrt ist. Wird von der wieder angekuppelten Lokomotive Druckluft in die
Hauptluftleitung 41 gefördert, so sind die mit undichten Bremszylindern zusammenwirkenden
Behälter i zunächst gegen Füllung gesperrt, und die in die Hauptluftleitung 41 geförderte
Druckluft kommt nur dieser und dem Raum 32 des Dreidruckventils ii sowie der Hilfssteuerkammer
53 zugute. Der Raum 32 und die Kammer 53 werden mit Druckluft beschickt, welche
über die Leitung 69 und die geöffnete Füllnut 65 des Vorsteuerventils 51 in den
Ventilraum 57 und weiter in die Leitung 55 gelangt. Dadurch ist es auch bei undichtem
Bremszylinder sicher möglich, den Druck im Raum 32 des Dreidruckventils so zu erhöhen,
daß dieses Ventil gegen den konstant gebliebenen Druck im Raum 34 in die Abschlußstellung
gezwungen wird, in welcher Behälter i und Zylinder 3 getrennt sind. Wenn dies der
Fall ist, hat der Schieber 49 die Leitung 47 für die Füllung des Vorratsluftbehälters
i wieder freigegeben. Schließlich haben Raum 32 mit Hilfssteuerkammer 53 und Behälter
i zusammen mit der Leitung 41 wieder den Höchstdruck erreicht, und der Kolbensatz
25, 35 des Dreidruckventils befindet sich wieder in der Lösestellung, in welcher
das Ventil 7 geschlossen und der Zylinder 3 mit dem Auslaß 23 über dem Kanal 17
verbunden ist. Durch entsprechende räumliche Anordnung des Schiebers 49 gegenüber
der von ihm zu überwachenden Mündung der Leitung 47 kann der Sperrbereich des Schiebers
so in den Wirkungsablauf der Bremsanlage eingegliedert werden, daß sich das günstigste
Zusammenspiel der einzelnen Glieder ergibt. In bestimmten Fällen kann es z. B. erwünscht
sein, die Fülleitung 47 bereits zu sperren, bevor die äußerste Öffnungslage des
Ventils 7 erreicht ist.
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In Fig. 3 ist eine Bremsanlage gezeigt, deren Steuerventil ebenso
wie das in Fig. 2 gezeigte aus dem den Bremszylinderdruck überwachenden Ventil ii,
dem Vorsteuerventil 51 und der zwischen die beiden Ventile geschalteten Hilfssteuerkammer
53 besteht. Die Fülleitung 47 von der Hauptluftleitung 41 zum Vorratsluftbehälter
i ist nicht mehr zum Dreidruckventil ii geführt, sondern wird von einem Ventil 71
überwacht, dessen Betätigungskolben 73 vom Druck im Vorratsluftbehälter i im Schließsinn
des Ventils und vom Druck in der Hilfssteuerkammer 53 im Öffnungssinn beaufschlagt
wird. Die Druckluft aus der Hilfssteuerkammer 53 wird dem Kolben 73 durch eine Leitung
75 zugeführt, welche am Gehäuse 29 des Dreidruckventils ii mündet und von einem
Ventil 77 überwacht wird, welches zusammen mit dem Kolbensatz des Dreidruckventils
bewegt wird.
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Zwischen der Leitung 75 und der Leitung 55, welche den Raum 32 des
Dreidruckventils i; mit der Hilfssteuerkammer 53 und dem Raum 57 des Vorsteuerventils
51 verbindet, ist eine Leitung 79 mit einem nach der Leitung 75 hin schließenden
Rückschlagventil 81 vorgesehen. Außer der durch das Ventil 71 gesteuerten Fülleitung
47 des Behälters i ist zweckmäßig noch eine zweite, ungesteuerte Fülleitung 43 vorgesehen,
welche ein Rückschlagventi144 sowie eine Drosselöffnung 45 von sehr kleinem Querschnitt
aufweist. Diese zweite Leitung gibt die Sicherheit, daß der Behälter i trotz der
durch die Überwachungseinrichtung in der Leitung 47 bedingten Widerstände, z. B.
durch Ventilfeder 83, auf den Höchstdruck der Hauptluftleitung 41 aufgefüllt wird.
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Im normalen Betrieb der Bremsanlage wird der Vorratsluftbehälter i
in Abhängigkeit vom Druck in der Hilfssteuerkammer 53 über die Leitung 47 aus der
Hauptluftleitung 41 aufgefüllt. Die Abhängigkeit vom Hilfssteuerkammerdruck besteht
darin, daß, sobald der Druck der Kammer 53, welcher dem Kolben 73 durch die Leitung
75 bei geöffnetem Ventil 77 vErmittelt wird, den Druck im Vorratsluftbehälter i,
welcher zusammen mit der Feder 83 auf die Gegenseite
des Kolbens
73 wirkt, übersteigt, das Ventil 71 öffnet und so lange offen bleibt, bis der Behälterdruck
so weit gestiegen ist, daß er das Ventil 71 schließt. Dieses bleibt geschlossen,
bis der Druck der Hilfssteuerkammer 53 aufs neue das Übergewicht erhält. Diese Füllungssteuerung
hätte im Fall von Undichtheit des Bremszylinders zur Folge, daß nach Erschöpfung
von Vorratsluftbehälter i und Hilfssteuerkammer 53 beim Wiederaufpumpen der leeren
Hauptluftleitung 41 und damit der Hilfssteuerkammer 53 das Ventil 71 infolge des
ebenfalls einsetzenden Druckanstiegs im Ventilraum 85 zu früh geöffnet würde und
damit Luft aus der Hauptluftleitung über die Leitung 47 in den Behälter i und von
hier über die Leitung 5, das geöffnete Ventil 7 und den undichten Bremszylinder
3 ins Freie strömen könnte. Bei entsprechend starker Undichtheit würde also auch
in diesem Falle die von der Lokomotivpumpe geförderte Luftmenge unter Umständen
nicht ausreichen, die Steuerventile in die Abschlußstellung zu bringen, so daß der
Lösezustand der Bremsanlage nicht mehr hergestellt werden könnte. Zur Beseitigung
dieser Gefahren ist das Ventil 77 vorgesehen, welches in der gezeigten, durch Undichtheit
des Bremszylinders bedingten Stellung des Kolbensatzes 25, 35 des Dreidruckventils
ii die Verbindung zwischen dem Raum 32
und damit der Hilfssteuerkammer 53
und dem Raum 85 im Gehäuse des Ventils 71 unterbricht, so daß letzteres unter der
Wirkung der Feder 83 zunächst geschlossen und damit die Einspeisung in den Luftbehälter
i gesperrt bleibt. Erst wenn der steigende Druck im Raum 32 des Dreidruckventils
ii den Kolben 35 gegen den konstanten Druck im Raum 34 in die Stellung zwingt, in
welcher das Ventil 7 schließt, gibt das Ventil 77 die Beaufschlagung des Kolbens
73 frei, so daß nunmehr das Ventil 71 öffnet und die Füllung des Behälters i in
der beschriebenen Gesetzmäßigkeit beginnt. Die Füllung des Vorratsluftbehälters
i wird also auch in diesem Fall so lange zugunsten der Hilfssteuerkammer 53 zurückgehalten,
bis die Gefahr des En4weichens der Druckluft über das in Füllstellung stefiende
Dreidruckventil ii in den Bremszylinder und weiter über dessen Undichtheit ins Freie
beseitigt ist. Wie schon erwähnt, wird der Behälter i schließlich über die Leitung
43 auf die volle Druckhöhe der Hauptluftleitung 41 gebracht. Die in der Leitung
43 vorgesehene Drosseldüse 45 hat so kleinen Querschnitt, daß die an sich immer
offene Leitung 43 keine Gefahr für die Erreichung des Lösezustandes der Bremseinrichtung
auch bei undichtem Zylinder darstellt.
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Zur Entladung des Raumes 85 und der Leitung 75 nach dem Abschluß des
Ventils 77 dient die Leitung 79 mit dem Rückschlagventi181. Der Sperrbereich des
Ventils 77 kann auch bei der zuletzt beschriebenen Ausführung wieder verschieden
gelegt werden, wenn dieses Ventil auf der Stange 27, z. B. gegen Federkraft, axial
beweglich angeordnet wird.
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Bei der Einrichtung gemäß Fig. 4 wird im Gegensatz zu der nach Fig.
3 nicht die Leitung 75, über welche der Kolben 73 beaufschlagt ist, sondern die
Fülleitung 47 im Dreidruckventil ii überwacht. Diese Leitung wird nach ihrer Abzweigung
von der Hauptluftleitung 41 zuerst durch den Schieber 49 im Dreidruckventil ii und
daran anschließend durch das Ventil 71 gesteuert. Dies hat zur Folge, daß, solange
der Schieber 49 aus dem bereits für die vorhergehenden Beispiele beschriebenen Gründen
die Leitung 47 sperrt, die Füllung des Vorratsluftbehälters r unterbrochen bleibt,
unabhängig davon, ob das Ventil 71 infolge des steigenden Druckes in der Hilfssteuerkammer
53 bzw. im Ventilraum 32 bereits geöffnet hat. Somit bleibt auch in diesem Falle
die Wiederauffüllung des Vorratsluftbehälters gesperrt, bis der Kolbensatz des Dreidruckventils
ii in die Abschlußstellung, in welcher Vorratsluftbehälter und Bremszylinder getrennt
sind, gegangen ist.
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In Fig.5 ist eine Bremsanlage der erfindungsgemäßen Art gezeigt, bei
welcher der Vorratsluftbehälter in einen größeren Raum 86 und einen kleineren Raum
87 unterteilt ist. Der Behälter 87 wird mittels einer Leitung 88, welche ein Rückschlagventil
89 und eine Drosseldüse 9o aufweist, aus der Hauptluftleitung 41 gefüllt und ist
über eine Leitung 9i mit dem Dreidruckventil ii verbunden. Die Leitung 9i vereinigt
sich vor ihrem Eintritt in das Dreidruckventil mit der Leitung 5 aus dem größeren
Behälter 86. Während die Fülleitung 89 für den kleinen Behälter 87 ungesteuert ist,
wird die Fülleitung 47 für den großen Behälter 86 wieder mittels des Schiebers 49
im Dreidruckventil ii überwacht. In dem Fall der Entleerung der Hilfssteuerkammer
53 infolge undichter tremszylinder ist die Fülleitung 47 zunächst wieder durch den
Schieber 49 gesperrt. Dagegen wird außär der Hilfssteuerkammer 53 und dem an diese
an$esc OSSenen Ventilraum 32 auch der kleine Behälter 8mit Beginn des Wiedereinspeisens
in die Hauptl,uftl tung 41 bereits gefüllt. Das Rückschlagventil 97 in der
Leitung 5 verhindert dabei ein Abströmen @n den Behälter 86 über diese Leitung.
Hilfssteuerkammer 53 und kleiner Behälter 87 mit den dazugehörgnden Leitungs- und
Ventilräumen stellen zusammen einen verhältnismäßig kleinen Raumaar, so daß der
für die Umsteuerung des Dreidruckventils ii in die Abehlußstellung notwendige Druckanstieg
auch bei undichten Bremszylindern auf jeden Fall gewährleistet ist. Sobald die Abschlußstellung
des Dreidruckventils ii erreicht ist, gibt der Schieber 49 die Fülleitung 47 für
den großen Behälter 86 wieder frei, so daß dessen Füllung nunmehr ebenfalls beginnen
kann. Die voreilende Füllung des kleinen Behälters 87 hat den Vorteil, daß bereits
nach kurzer Zeit eine begrenzte Menge Bremsluft zur Verfügung steht, womit die Betriebsbereitschaft
erhöht wird. Die Aufteilung des Vonatsluftbehälters in einen großen und einen kleinen
Raum ließe sich auch bei den übrigen bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen
durchführen.
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Von besonderem Vorteil ist die Ausbildung des Steuergliedes 77 (Fig.
3) als Gummiventilkörper. Sie bringt jegliche Schleifarbeit in Wegfall, ist in der
Herstellung wesentlich billiger als ein Schieber und vermeidet die hohen Reibungswerte
des Schiebers.