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Steuervorrichtung für druckluftbetriebene Geräte, insbesondere Druckluftbremsen
Bei druckluftbetriebenen Geräten, z. B. Eisenbahnbremsen, besteht oft die Aufgabe,
einen Behälter von einer Druckluftquelle aus über eine beide verbindende Leitung
zu speisen und gleichzeitig ein verschiebbares Organ, z. B. einen Kolben oder eine
Membran, in Abhängigkeit des sich im Behälter allmählich aufbauenden Druckes zu
betätigen. Hierbei kann es erwünscht sein, dieses Organ nicht unmittelbar am Ort
des Behälters aufstellen zu müssen. Beispielsweise ist es bei Druckluftbremsen von
Eisenbahnen üblich, den Bremszylinder und den vom Druck in diesem abhängigen Dreidruckregler
getrennt voneinander anzuordnen, wobei eine Leitung zur Verbindung beider dient.
In dieser Weise ergibt sich eine Anordnung, bei welcher die Luft der Druckluftquelle
zuerst in eine das verschiebbare Organ enthaltende Steuerkammer und von hier über
einen gegenüber der letzteren verengten, meistens in einer kurzen Leitung bestehenden
Durchlaß in den zu füllenden Behälter gelangt. Infolge der Strömungswiderstände
in dem Durchlaß entsteht in der Steuerkammer mit dem Beginn der Strömung eine Stauung
der zufließenden Druckluft und damit ein statischer Druck, der dem sich im Behälter
je nach dessen Größe schneller oder langsam aufbauenden Druck zeitlich vorauseilt
und
erst nach Beendigung der Strömung in diesen übergeht. Die Folge davon ist, daß das
verschiebbare Organ zeitweilig von einem höheren Druck beeinflußt wird, als dem
augenblicklichen Druck im Behälter entspricht.
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Die Erfindung bezweckt, diesen oft unerwünschten Zustand zu beseitigen.
Sie hat eine Steuervorrichtung für druckluftbetriebene Geräte, insbesondere Druckluftbremsen,
zum Gegenstand, bei der in bekannter Weise ein Behälter von einer Druckluftquelle
über eine Steuerkammer, die mit einem sich unter dem Einfluß des Druckes in dieser
Kammer verschiebenden Organ versehen ist, und einen sich an die Steuerkammer anschließenden,
gegenüber dieser verengten Durchlaß aufgefüllt wird. Erfindungsgemäß steht das verschiebbare
Organ unter dem Einfluß eines in einer Hilfssteuerkammer erzeugten Druckstoßes,
der dem Druck in der erstgenannten Steuerkammer entgegenwirkt; dadurch kann die
Wirkung des durch Stauung der in den Behälter fließenden Druckluft in der erstgenannten
Steuerkammer erzeugten vorübergehenden Druckes auf das verschiebbare Organ beseitigt
werden.
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Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind nachfolgend
an Hand der Zeichnung beschrieben.
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Gemäß Fig: I ist von einer den ganzen Eisenbahnzug durchlaufenden
Hauptluftleitung L in den mit der Druckluftbremse versehenen Wagen eine Leitung
5 abgezweigt, durch welche die Kammer 6 eines Beschleunigers B, die Kammer 7 einer
Ventileinrichtung D zur Begrenzung der aus der Leitung L abgezapften Druckluft und
die Kammer 8 eines Dreidruckreglers E unmittelbar mit Druckluft verseben werden.
Eine Membran 9 des Beschleunigers B schließt die Kammer 6 von einer weiteren, über
die Leitung II an den Hilfsluftbehälter H angeschlossenen Kammer I2 ab. Auf der
Membran 9 liegt ein den Ventilkörper eines Ventils I3 und einen Kolben I4 tragender
Stößel I5 auf, der von einer schwachen Feder 16 normalerweise in der dargestellten
Ruhestellung gehalten wird, in der das Ventil I3 geschlossen ist. Zwischen dem Kolben
I4 und der Gehäusewand ist ein Zwischenraum vorhanden, der bei geöffnetem Ventil
13 ein Abströmen von Druckluft in die über dem Kolben I4 gelegene Kammer gestattet.
Solange die Strömung um den Kolben I4 anhält, wird dieser von der Strömung nach
oben gedrückt und hält das Ventil I3 offen.
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Die Kammer 7 der Ventileinrichtung D wird durch die Membran I7 von
einer weiteren, über die Leitung 2I an den Steuerluftbehälter S angeschlossenen
Kammer I8 getrennt. Ein an der Membran I7 befestigter Stößel I9 ist in einer Trennwand
22 dichtend geführt und trägt an seinem in einer Kammer 23 befindlichen Ende den
Ventilkörper eines Ventils 24. Dieses durch eine Feder 25 normalerweise offengehaltene
Ventil verbindet die über dem Kolben I4 befindliche Kammer des Beschleunigers B
über eine an die Kammer 23 angeschlossene Leitung 26 mit einer Kammer 27 1 der Ventileinrichtung
D, die ihrerseits über eine Leitung 28 mit einer Hilfskammer 29 des Dreidruckreglers
E verbunden ist.
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Neben der Hilfskammer 29 weist der Dreidruckregler E die drei üblichen
Steuerkammern auf,
d.h. die bereits genannte Leitungskammer 8, eine über die
Leitung 2I an den Steuerluftbehälter S angeschlossene Kammer 3I und eine über die
Leitung 32 mit dem Bremszylinder Z verbundene Kammer 34. Das freie Ende des an den
Membranen 35 und 36 befestigten Stößels 37 dient zur Betätigung des durchbohrten
und unter dem Einfluß einer Feder 39 normalerweise auf seinen Sitz gedrückten Ventilkörper
38 eines Doppelventils 4I. Befindet sich der Stößel 37 in der dargestellten Ruhestellung,
so steht die Kammer 34 und damit der Bremszylinder Z über die Bohrung im Ventilkörper
38 mit der Außenluft in Verbindung. Ist dagegen der Ventilkörper 38 von seinem Sitz
abgehoben, so ist diese Verbindung des Zylinders Z mit der Außenluft unterbrochen
und die Kammer 34 steht über die Leitung 42, das normalerweise offene Ventil 43
einer Ventileinrichtung M zur Begrenzung des ersten Einschusses von Druckluft in
den Bremszylinder und die Leitung 44 mit dem Hilfsluftbehälter H in ungedrosselter
Verbindung.
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Die Ventileinrichtung M besitzt zwei voneinander durch die Membran
5o getrennte Steuerkammern 45, 46, von denen die erstere über die Leitung 32 mit
dem Bremszylinder Z verbunden ist. Die Kammer 46 steht dagegen einerseits über die
Leitung 47 mit der Steuerkammer 29 des Dreidruckreglers E und anderseits über die
Drosselstelle 48 mit der Außenluft in Verbindung. Der Ventilkörper des Ventils 43
ist mittels des Stößels 49 mit der Membran 5o verbunden und wird normalerweise durch
die Feder 5I von seinem Sitz abgehoben. Parallel zurr Ventil 43 ist die Drosselstelle
52 angeordnet.
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Die ganze Einrichtung arbeitet bei einer Bremsung in der folgenden
Weise: Eine Drucksenkung in der Leitung L überträgt sich unmittelbar auf die Kammern
6 und 7 und 8. Das Ventil I3 des Beschleunigers B wird unter dem überwiegenden Einfluß
des Druckes im Hilfsluftbehälter H geöffnet, so daß Druckluft aus der Hauptluftleitung
L über die Leitung 26, die Kammer 23, das offene Ventil 24 und die Kammer 27 der
Ventileinrichtung D, die Leitung 28, die Steuerkammer 29 des Dreidruckreglers E,
die Leitung 47, die Kammer 46 der Ventileinrichtung M und die Drosselstelle 48 nach
der Außenluft abfließt. Ungefähr gleichzeitig mit der öffnung des Ventils 13 des
Beschleunigers B wird der Stößel 37 im Dreidruckregler E unter dem Einfluß der Druckdifferenz
in den Kammern 8 und 31 nach oben bewegt, wobei sein freies Ende die Bohrung des
Ventilkörpers 38 abschließt und diesen hierauf anhebt. Druckluft strömt nun ungehindert
vom Hilfsluftbehälter H über die Leitung i i und 44, das offene Ventil 43, die Leitung
42, das Ventil 4i und die Leitung 32 in den Bremszylinder Z und erzeugt in diesem
einen raschen ersten Druckanstieg. Da jedes Leitungsstück eine
wenn
auch geringe Herabsetzung der Durchflußgeschwindigkeit der Luft bewirkt, so entsteht
in jeder vor einem solchen Leitungsstück gelegenen Kammer eine Stauung und damit
ein statischer Druck. Während des beschriebenen Einschußvorganges entsteht eine
solche Stauung insbesondere in der Steuerkammer 34 des Dreidruckreglers E, die auf
die Membran 36 einwirkt und den Stößel 37 nach unten zu bewegen bestrebt ist. Diese
Wirkung ist jedoch unerwünscht, solange im Bremszylinder nicht ein bestimmter Mindestdruck
vorhanden ist. Infolge der Drosselstelle 48 erzeugt die aus der Hauptluftleitung
L abgezapfte Druckluft in der Kammer 29 des Dreidruckreglers E einen Druckstoß,
der demjenigen in der Kammer 34 entgegenwirkt. Durch geeignete Wahl der Größe der
Drosselstelle 48 und der von der abgezapften Druckluft durchflossenen Kammern können
die genannten, die Membran 36 in entgegengesetztem Sinne beeinflussenden Drucke
einander angepaßt werden. Unter Umständen kann es hierbei zweckmäßig sein, der Drosselstelle
48 eine weitere nach der Außenluft führende Drosselstelle vor der Kammer 29, beispielsweise
in der Kammer 27 der Ventileinrichtung D parallel zu schalten.
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Die vom Hilfsluftbehälter H nach dem Bremszylinder Z zuströmende Druckluft
bewirkt außer in der Kammer 34 des Dreidruckreglers E auch in der Kammer 45 der
Ventileinrichtung M eine Druckerhöhung, durch die das Ventil 43 unter Umständen
vorzeitig geschlossen werden könnte. Deshalb wird die aus der Hauptluftleitung L
abgezapfte Druckluft auch in die Kammer 46 dieser Ventileinrichtung geleitet, wo
sie dem Druck in der Kammer 45 entgegenwirkt.
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Da das Ventil I3 des Beschleunigers B als Strömungsventil ausgebildet
ist und mit der Membran 9 nicht in starrer Verbindung steht, so bleibt es offen,
solange die Luftströmung andauert, unabhängig davon, ob sich unterdessen die Membran
9 unter Umständen nach unten bewegt hat. Die Abzapfung wird erst unterbrochen, wenn
der sich in die Kammer 7 übertragende Druck in der Hauptluftleitung L auf einen
bestimmten Wert gesunken ist. In diesem Augenblick genügt die Feder 25 in der Ventileinrichtung
D nicht mehr, um das Ventil 24 offen zu halten, so daß sich dieses schließt und
die Abzapfung unterbricht. Der in den Kammern 29 und 46 noch vorhandene Druck gleicht
sich über die Drosselstelle 48 nach der Außenluft aus, so daß im Dreidruckregler
E die Membran 36 nun ausschließlich unter dem Druck im Bremszylinder steht, während
auf die Membran 5o in der Ventileinrichtung M nur noch die Feder 5I dem Druck im
Bremszylinder entgegenwirkt. Ist dieser Druck auf einen bestimmten Mindestwert gestiegen,
so überwindet er unter Schließung des Ventils 43 die Feder 5I. Damit ist in die
Leitung 42, 44 die Drosselstelle 52 eingeschaltet, welche die Füllzeit des Bremszylinders
überwacht, und die auch die Entstehung eines gegenüber dem Druck im Bremszylinder
wesentlich höheren Druckes in der Kammer 34 des Dreidruckreglers E verhindert. Bei
der Ausführung nach Fig. 2 ist ein an sich bekannter, vom Dreidruckregler E unmittelbar
betätigter Beschleuniger B, der zugleich die Funktion der in Fig. I dargestellten
Ventileinrichtung D ausübt, dargestellt. In einem Gehäuse 55 ist ein auf einem Teil
seiner Länge mit einer Bohrung 56 versehener Ventilstößel 57 verschiebbar geführt.
Sein unteres Ende ragt in einem von einer Membran 58 in zwei Kammern 59, 6I geteilten
Gehäuseteil und ist an einem mit der Membran 58 verbundenen Teller 62 befestigt.
Die Kammer 59 ist über die Leitung 6o an die Hauptluftleitung L und die Kammer 6I
an den Steuerluftbehälter S angeschlossen. Das obere Ende des Stößels 57 ragt in
einen durch eine Membran 63 ebenfalls in zwei Kammern 64, 65 geteilten Gehäuseteil
und ist mit dieser Membran fest verbunden. Die Kammer 64 besitzt einen durch eine
Feder belastetes Ventil 66 überwachten, über die Leitung 67 mit dem Hilfsluftbehälter
H verbundenen Eingang und ist im übrigen an den Bremszylinder Z über die Leitung
68 angeschlossen.
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Der mit dem Dreidruckregler E zusammengebaute Beschleuniger B weist
in seinem unteren Teil eine als zylindrische Führung ausgebildete und mit der Kammer
59 verbundene Kammer 69 auf. In dieser ist ein Körper 7I, an dem ein rechtwinklig
abgekröpfter Hebel 72 drehbar gelagert ist, parallel zur Achse des Stößels 57 verschiebbar
geführt, wobei er normalerweise auf dem Teller 62 aufliegt. Der rechtwinklig zur
Achse des Stößels 57 stehende Teil des Hebels 72 ragt durch einen Schlitz 73 in
der genannten Führung in solcher Weise in die Kammer 59 hinein, daß er bei einer
Aufwärtsbewegung des Körpers 7I an der oberen Begrenzungswand der Kammer 59 zum
Anschlagen kommt und sich dabei um seinen Anlenkungspunkt am Körper 7I dreht. Die
Kammer 69 mündet über ein Ventil 74, das in gleicher Weise wie das Ventil I3 der
Ausführung nach Fig. I als Strömungsventil ausgebildet ist, in eine größere Übertragungskammer
75, die über eine Drosselstelle 76 einen Ausgang nach der Kammer 65 besitzt. Der
federbelastete Ventilkörper 8o ist mit einem Stößel 77 versehen, der in der dargestellten
Ruhestellung des Beschleunigers auf dem zu ihm parallelen Teil des Hebels 72 aufliegt.
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Die Ventileinrichtung M ist in derselben Weise ausgebildet wie bei
der Ausführung nach Fig. I. Ihre Kammer 45 ist über die Leitung 68 ebenfalls an
den Bremszylinder Z angeschlossen, während ihre Kammer 46 über die Leitung 78 mit
der Kammer 65 des Dreidruckreglers E und über eine Drosselbohrung q:8 mit der Außenluft
in Verbindung steht. Dem Ventil 43 ist die Drosselstelle 52 zur Begrenzung der Füllzeit
des Bremszylinders parallel geschaltet.
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Die Arbeitsweise der Einrichtung nach Fig.2 ist die folgende: Bei
einer Drucksenkung in der Hauptluftleitung L wird der Teller 62 unter dem Einfluß
des Steuerluftbehälters S unter Mitnahme des Stößels 57 und des Körpers 71 nach
oben bewegt. Der Hebel 72 stößt dabei gegen den Stößel 77
und
öffnet das Ventil 74, so daß Druckluft aus der Hauptleitung L in die Übertragungskammer
75 abgezapft wird. Der Stößel 57 kommt bei seiner Aufwärtsbewegung am Ventilkörper
des Ventils 66 zum Anliegen und schließt dadurch die bis dahin vorhandene Verbindung
des Bremszylinders Z über die Leitung 68, die Kammer 64 und die Bohrung 57 nach
der Außenluft ab. Bei der weiteren Aufwärtsbewegung des Stößels 57 hebt dieser den
Ventilkörper des Ventils 66 von seinem Sitz ab und verbindet dadurch den Hilfsluftbehälter
H über das offene Ventil 43, die Leitung 67, die Kammer 64 und die Leitung 68 mit
dem Bremszylinder. Da dieser Zufluß von Druckluft im wesentlichen ungehindert erfolgt,
erhält der Bremszylinder einen raschen ersten Einschuß von Druckluft, der die Bremsbacken
an den Rädern des Fahrzeuges zum Anliegen bringt. Infolge der in der Leitung 68
vorhandenen Reibungswiderstände entsteht dabei in der Kammer 64 eine Stauung, die
einen auf die Membran 63 wirkenden unerwünschten Druck zur Folge hat, da dieser
Druck auftritt, bevor sich im Bremszylinder ein Druck aufbauen kann. Infolge der
Verbindung der Übertragungskammer 75 über die Drosselstelle 76 mit der Kammer 65
entsteht aber in dieser letzteren ein dem Druck in der Kammer 64 entgegenwirkender
Druck, der ein vorzeitiges Schließen des Ventils 66 verhindert.
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Bei der beschriebenen Betätigung des Beschleunigers B ist der rechtwinklig
zur Achse des Stößels 57 stehende Teil des Hebels 72 gedreht worden und ist dadurch
außer Berührung mit dem Ventilstößel 77 gekommen. Damit ist der Einfluß der Membran
58 auf das Ventil 74 ausgeschaltet; dieses wird jedoch von der abströmenden Hauptleitungsluft
weiterhin offen gehalten, bis der Druck in der Übertragungskammer 75 so weit angestiegen
ist daß die Strömung aufhört. Das Ventil wird nun von seiner Feder geschlossen,
so daß die Abzapfung unterbrochen ist. Die in den Kammern 75. 65 und 46 noch vorhandene
Druckluft gleicht sich nun allmählich über die Drosselstelle 48 nach der Außenluft
aus, so daß die Membran 63 des Dreidrückreglers E nur noch unter dem Druck in der
Kammer 64 steht. Mit dem Abklingen des Druckes in der Kammer 65 ist aber auch der
von der Stauung der dem Bremszylinder Z zufließenden Druckluft aus dem Hilfsluftbehälter
entstandene Druck in der Kammer 64 gesunken, da unterdessen die Ventileinrichtung
M angesprochen und an Stelle der direkten Verbindung über das Ventil 43 die Drosselstelle
52 eingeschaltet hat. Damit ist der Dreidruekregler in denjenigen Betriebszustand
übergegangen, in dem er unter dem alleinigen Einfluß der Drucke in der Leitungskammer
59, der mit dem Steuerluftbehälter H verbundenen Kammer 6I und der mit dem Bremszylinder
Z verbundenen Kammer 64 steht.