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Verfahren für den Betrieb von Druckluftbremsen mit zwei Beschleunigungseinrichtungen
Es sind Druckluftbremsen für Schienenfahrzeuge bekannt, deren Steuerventile außer
mit einer normalerweise mit ihnen vereinigten Beschleunigungseinrichtung, welche
die lokale Anzapfung der Hauptluftleitung bei Einleitung der ersten Bremsstufe durchführt,
noch mit einem zweiten, sogenannten »Schnellbremsbeschleuniger« ausgerüstet sind,
der nur bei Schnellbremsungen, bei welchen der Druck der Hauptluftleitung in steilem
Abfall bis auf den Druck der Außenluft abgesenkt wird, in Tätigkeit zu treten hat.
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In Fig. I der Zeichnung ist ein Diagramm dargestellt, in welchem die
Druckverhältnisse in der Hauptluftleitung bei Betriebs- und Schnellbremsung in Abhängigkeit
vom Ablauf der Zeit dargestellt sind. Bei einer »Betriebsbremsung« (dargestellt
durch die voll ausgezogene Linie) wird der Druck von 5 atü in der Hauptluftleitung
beim Ansprung des Steuerventils - also bei Einleitung der ersten Bremsstufe - durch
den ersten Beschleuniger gemäß Abschnitt I verhältnismäßig rasch auf 4,6 atü abgesenkt,
worauf sich die weitere Druckabsenkung in der Steuerleitung bis auf den der Vollbremsung
entsprechenden Druck von 3,5 atü nach dem flacheren Abschnitt 2 über das Führerbremsventil
vollzieht.
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Wird dagegen vom Lokomotivführer, wiederum mittels des Führerventils,
eine Schnellbremsung mit Druckabsenkung in der Hauptluftleitung bis auf den Atmosphärendruck
veranlaßt, so vollzieht sich diese Druckabsenkung gemäß der steilen, gestrichelten
Linie
3, unterstützt von der hierbei zur Wirkung kommenden zweiten Beschleunigungseinrichtung,
dem sogenannten Schnellbremsbeschleuniger. -Die Ansprechempfindlichkeit dieses in
seinen bekannten Ausführungen an sich von Beginn der Bremsung an funktionsfähigen
Schnellbremsbeschleunigers mußte also bisher so niedrig gehalten werden (z. B. durch
eine starke Gegenfeder), daß er auch bei einem Druckabfall gemäß Abschnitt I der
Betriebsbremslinie noch nicht ansprang, sondern erst bei dem noch steileren Druckabfall
nach der gestrichelten Linie 3 zur Durchführung einer Schnellbremsung. Diese große,
bisher nicht zu umgehende Unempfindlichkeit der bekannten Schnellbremsbeschleuniger
bringt jedoch den für den Eisenbahnbetrieb grundsätzlichen Nachteil mit sich, daß
ein solcher Beschleuniger nicht mehr verwendbar ist, wenn sein Wirkungsbereich eine
Anzahl von Leitungswagen, also Wagen, welche ohne eigene Bremse nur die durchgehende
Hauptluftleitung besitzen, mit umfaßt. Das Luftvolumen des gesamten Leitungsabschnittes
aller dieser Wagen ist dann so groß, daß es an dem mit Steuerventil, Beschleuniger
und den übrigen Bremsteilen ausgerüsteten Wagen auch bei Durchführung einer Schnellbremsung
nicht zu dem steilen Abfall des Leitungsdruckes gemäß Linie 3 des gezeigten Diagrammes
kommt, so daß der in seiner großen Unempfindlichkeit auf diesen Abfall abgestimmte
Schnellbremsbeschleuniger nicht anspringt.
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Dieser Nachteil ist zwar bereits bei einer bekannten, aus Betriebs-
und Schnellbremsbeschleuniger zusammengesetzten Beschleunigungseinrichtung vermieden,
bei welcher der Schnellbremsbeschleuniger in Abhängigkeit von der Funktion des Betriebsbremsbeschleunigers
zur Wirkung gebracht wird. Hierbei wird jedoch der in der Übertragkammer des Betriebsbremsbeschleunigers
sich aufbauende Druck zur Beaufschlagung eines zum, Schnellbremsbeschleuniger gehörenden
Kolbens herangezogen, welcher seinerseits bei einem, einer Schnellbremsung entsprechenden
Druckabfall in der Hauptluftleitung den Einsatz des Schnellbremsbeschleunigers veranlaßt.
Diese Abhängigkeit des Schnellbremsbeschleunigers vom Druckaufbau in der Übertragkammer
des Betriebsbremsbeschleunigers bringt die Gefahr mit sich, daß sich unnötig große
zeitliche Verzögerungen im Verlauf der Schnellbremsung einstellen, was wiederum
eine für die Brems- und damit Verkehrssicherheit nachteilige Verringerung der Durchschlagsgeschwindigkeit
der Bremse zur Folge hat. Die Labilität der Vorgänge wird noch erhöht durch thermodynamisch
bedingte Schwankungen im Druckaufbau in der Übertragkammer des Betriebsbremsbeschleunigers.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine aus Betriebs-und Schnellbremsbeschleuniger
bestehende Beschleunigungseinrichtung unter Vermeidung des Nachteils der zuletzt
erwähnten bekannten Einrichtung so zu betreiben, daß - wiederum im Gegensatz zum
Stand der Technik - der Schnellbremsbeschleuniger einerseits gegen unzeitiges Anspringen
unbedingt gesichert ist, andererseits aber seine Empfindlichkeit trotzdem so hoch
gewählt werden kann, daß z. B. jede praktisch vorkommende Zahl von Leitungswagen
von ihm beherrscht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei
welchem der an die Hauptluftleitung angeschlossene Raum auf der einen Seite des
Betätigungskolbens des zweiten Beschleunigers im gelösten Zustand der Bremse mit
dem Raum auf der anderen Kolbenseite über einen so großen Strömungsquerschnitt leitend
verbunden ist, daß die Ansprechempfindlichkeit dieses Beschleunigers auf einem die
Funktionsunfähigkeit des letzteren bedingenden Wert gehalten wird, worauf nach Beginn
einer Bremsung erst bei einem Druck in der Hauptlüftleitung, welchem mindestens
die Beendigung des durch den ersten Beschleuniger bewirkten Beschleunigungsvorganges
entspricht, eine Überwachungseinrichtung den großen Strömungsquerschnitt zwischen
den Räumen beiderseits des Betätigungskolbens absperrt, so daß, höchstens unter
Verbleib eines durch eine Düse gedrosselten Parallelweges, die Ansprechempfindlichkeit
des zweiten Beschleunigers so gesteigert wird, daß er in der gewünschten Weise funktionsfähig
ist.
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In den Fig. 2 und 3 der Zeichnung sind Bremseinrichtungen zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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Gemäß Fig. 2 ist an die Hauptluftleitung 4 in üblicher Weise ein Steuerventil
6 angeschlossen, welches in vorliegendem Fall als Zweidrucksteuerventil ausgebildet
ist, ebensogut aber auch ein Dreidrucksteuerventil sein könnte. Die Hauptluftleitung
4 führt zu einem Raum 8 dieses Steuerventils, welcher durch einen Kolben Io von
einem weiteren Raum I2 getrennt ist. Im Raum I2 ist ein Schieber I4 gleitend gelagert,
welcher vom Kolben I5 mittels der Gabel I6 bewegt wird. In der gezeigten Endstellung
des Kolbens Io gibt der letztere eine gedrosselte Verbindungsleitung I8 zwischen
den Räumen 8 und I2 des Steuerventils frei, über welche der Hilfsluftbehälter 2o
aus der Hauptluftleitung 4 gefüllt wird. Außer letzterem Behälter sind im gelösten
Zustand der Bremse auch die Räume 8 und I2 mit dem höchsten Regeldruck der Hauptluftleitung
gefüllt, wobei der Kolben Io durch die Feder 22 in seiner gezeigten Endstellung
gehalten wird. In der letzteren nimmt der Schieber I4 die ebenfalls aus der Zeichnung
ersichtliche Lage ein, in welcher seine Muschel 24 die zum Bremszylinder 26 führende
Leitung 28 mit dem Auslaß 3o verbindet. Der Kolben Io betätigt außer dem Schieber
I4 ein Ventil 3I, welches den Leitungsweg 32 der Hauptluftleitung 4 zwecks lokaler
Abzapfung der letzteren in die Übertragkammer 34 überwacht. Das Ventil 31 bildet
zusammen mit der Übertragkammer 34 die erste Beschleunigungseinrichtung, zu welcher
auch ein Ventil 36 gehört, das, betätigt von einem mit dem Druck im Bremszylinder
beaufschlagten Kolben.38, die Entlüftung der Übertragkammer 34 über die gedrosselte
Leitung 39 überwacht. Außer dieser ersten Beschleunigungseinrichtung
ist
noch eine zweite Beschleunigungseinrichtung 4o vorgesehen, in deren Gehäuse ein
verschiebbarer Kolben 42 die Wand zwischen zwei Räumen 44 und 46 bildet, wobei der
Raum 44 über die Leitung 47 mit der Hauptluftleitung 4 verbunden ist. Der Kolben
42 betätigt ein federbelastetes Ventil 48, das, zusammenwirkend mit einem Sitz 5o,
die Entlüftung des Raumes 44 und damit die lokale Abzapfung der Hauptluftleitung
4 über den Auslaß 52 ins Freie überwacht. Der Raum 44 ist mit dem Raum 46 durch
eine Leitung 54 verbunden, in welche ein Drosselquerschnitt 56 eingeschaltet ist.
Dieser gedrosselten Verbindung ist eine ungedrosselte Verbindung 58 parallel geschaltet,
die von einem Ventil 6o überwacht wird. Dieses Ventil betätigt gegen die Kraft einer
Feder 62 ein Kolben 64, der über die Leitung 66 mit dem Druck im Bremszylinder 26
beaufschlagt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der beschriebenen Einrichtung
in folgender Weise durchgeführt: Im gelösten Zustand der Bremse nehmen die Teile
die aus Fig. 2 ersichtliche Lage ein. Der Kolben Io des Steuerventils 6 befindet
sich, zu beiden Seiten mit dem Höchstdruck der Hauptluftleitung 4 beaufschlagt,
unter der Wirkung der Feder 22 in seiner in der Zeichnung rechten Endlage, in welcher
das Ventil 3I geschlossen ist und der Schieber I4 den Bremszylinder 26 über den
Auslaß 3o entlüftet. Der Hilfsluftbehälter 2o ist über die Leitung I8 gefüllt. Infolge
des Fehlens des Bremszylinderdruckes ist das Ventil 36 offen und die Übertragkammer
34 über dieses Ventil entlüftet. Ebenso fehlt auch die Beaufschlagung des Betätigungskolbens
64 für das Ventil 6o, so daß auch das letztere, bewirkt durch die Feder 62, geöffnet
ist, womit die urgedrosselte Verbindung 58 zwischen den beiden Räumen 44 und 46
des zweiten Beschleunigers 4o zur Verfügung steht. Der Kolben 42 dieses Beschleunigers
ist zu beiden Seiten mit dem gleichen Überdruck der Hauptluftleitung 4 beaufschlagt
und nimmt, veranlaßt durch die Federbelastung des Ventils 48, eine Stellung ein,
in welcher dieses Ventil auf seinem Sitz 5o aufliegt, womit der Raum 44 und damit
auch die Hauptluftleitung 4 vom Auslaß 52 getrennt sind.
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Wird vom Lokomotivführer mittels des üblichen, nicht gezeigten Führerbremsventils
eine Betriebsbremsung eingeleitet und damit der Druck in der Hauptluftleitung 4
verringert, so kommt es zu einem entsprechenden Druckabfall im Raum 8 gegenüber
dem Raum I2 des Steuerventils 6 und damit zu einer Linksbewegung des Kolbens Io.
Diese Bewegungseinleitung ist dadurch begünstigt, daß die Gabel I6 mit Spiel gegenüber
dem Schieber I4 ausgebildet ist, so daß der letztere zunächst in Ruhe verbleibt
und nur das Ventil 3I der ersten Beschleunigungseinrichtung geöffnet wird. Über
dieses geöffnete Ventil strömt Druckluft aus der Hauptluftleitung 4 in die Übertragkammer
34 und füllt die letztere, was die rasche Drucksenkung in der Hauptluftleitung gemäß
Abschnitt I in Fig. I bedingt. Dieser Druckabfall intensiviert wiederum den Ansprung
des Kolbens Io im Steuerventil, so daß nunmehr auch der Schieber I4 mitgenommen
wird, wobei er den Bremszylinder 26 vom Auslaß 30 trennt und ihn dafür mit dem Raum
I2 bzw. dem Hilfsluftbehälter 2o verbindet. Aus dem letzteren strömt Druckluft zum
Bremszylinder, und der Druck in demselben steigt. Durch diesen Druckanstieg wird
der Kolben 38 unter Abschluß des Ventils 36 betätigt, womit die gefüllte Übertragkammer
34 von der Außenluft abgesperrt und die Wirkung der ersten Beschleunigungseinrichtung
für den weiteren Bremsverlauf beendet ist. Diesem Betriebszustand entspricht der
Knickpunkt zwischen den Linienabschnitten I und 2 der Fig. I. Der weitere Verlauf
des durch das Führerbremsventil überwachten Druckabfalles in der Hauptluftleitung
bis zu dem der Vollbremsung entsprechenden Druck von 3,5 atü vollzieht sich nun
nach Abschnitt 2 des Diagramms.
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Während der Tätigkeit der ersten Beschleunigungseinrichtung 3I, 34
ist der Druck in der Hauptluftleitung noch nicht so weit abgefallen und dementsprechend
der Druck im Bremszylinder 26 noch nicht auf einen solchen Betrag angestiegen, daß
der von letzterem Druck beaufschlagte Kolben 64 die Feder 62 überwindet und das
Ventil 6o schließt. Es besteht also bis jetzt die urgedrosselte Verbindung 58 zwischen
den beiden Räumen 44 und 46 der zweiten Beschleunigungseinrichtung 4o, wobei der
Raum 44 außerdem über den Leitungsast 47 mit der Hauptluftleitung 4 verbunden ist.
Die Druckabsenkungen in letzterer Leitung finden urverzögert jeweils auch in den
Räumen 44 und 46 statt, so daß der Kolben 42 in Ruhe und das Ventil 48 unter seiner
Federbelastung geschlossen bleibt. Während des Bestandes der ungehinderten Verbindung
zwischen den Räumen 44 und 46 ist die Ansprechempfindlichkeit der zweiten Beschleunigungseinrichtung
40 gleich Null, d. h. diese Einrichtung ist nicht funktionsfähig. Erst wenn die
Tätigkeit der ersten Beschleunigungseinrichtung beendet, d. h. der Knickpunkt im
Druckabfall I, 2 (Fig. I) der Hauptluftleitung erreicht ist, hat der Bremszylinde-rdruck
eine Höhe erreicht, bei welcher der von ihm beaufschlagte Kolben 64 die Feder 62
überwindet und das Ventil 6o schließt. Damit ist die Verbindung 58 verriegelt, und
es besteht nur noch die Verbindung 54, in welche der Drosselquerschnitt 56 eingeschaltet
ist. Die zweite Beschleunigungseinrichtung 40 ist jetzt funktionsfähig gemacht.
Nachdem dieses Funktionsfähigmachen erst erfolgt, wenn mindestens der Beschleunigungsvorgang
durch die erste Beschleunigungseinrichtung 31, 34 beendet ist, braucht nun auf die
Steilheit des Abschnittes i in Fig. i keine Rücksicht mehr genommen zu werden, und
der die Ansprechempfindlichkeit des zweiten Beschleunigers bestimmende Drosselquerschnitt
56 kann völlig freizügig z. B. so klein dimensioniert, d. h. die Ansprechempfindlichkeit
so hoch getrieben werden, daß dieser Beschleuniger bereits bei einem zeitlichen
Abfall des Leitungsdruckes anspringt, der bei einer Schnellbremsung auch mit der
größtmöglichen Anzahl von Leitungswagen sicher erreicht
wird. Bei
einer Schnellbremsung wird der Druck im Raum 44 des Beschleunigers 4o so rasch abgesenkt,
daß nach Abschluß des Ventils 6o der Druckabfall im Raum 46 infolge des Drosselquerschnittes
56 nicht Schritt halten kann, so daß es unter dem entstehenden Überdruck in letzterem
Raum zur Bewegung des Kolbens 42 und damit zu einem Öffnen des Ventils 48 kommt.
Die Druckluft aus der Hauptluftleitung 4 kann über dieses geöffnete Ventil und den
Auslaß 52 ins Freie schießen, und es ergibt sich unter der Mitwirkung des zweiten
Beschleunigers 4o schließlich ein Verlauf des Leitungsdruckabfalles gemäß der strichpunktierten
Linie 67 in Fig. I. Der für eine Schnellbremsung vorgeschriebene zeitliche Anstieg
des Bremszylinderdruckes ist damit gesichert. Das Ventil 48 wird jeweils so lange
offengehalten und die Anzapfung der Hauptluftleitung damit so lange fortgesetzt,
bis es über die Drossel 56 zum Druckausgleich zwischen den Räumen 44 und 46 und
damit zu einem Abschluß des federbelasteten Ventils 48 kommt.
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Beim Lösen der Bremse wird, wenn der Druck in der Hauptluftleitung
wieder auf den durch den Knickpunkt in Fig. I gekennzeichneten Betrag angestiegen
und damit der Druck im Bremszylinder auf einen entsprechenden Restbetrag gesunken
ist, das Ventil 6o durch die Feder 62 erneut geöffnet, womit die zweite Beschleunigungseinrichtung
40 wieder funktionsunfähig ist. Dafür ist im gelösten Zustand der Bremse über das
Ventil 36 die Übertragkammer 34 des ersten Beschleunigers entlüftet und dieser somit
einsatzbereit.
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Der Lösevorgang vollzieht sich bei der beschriebenen Bremseinrichtung
im übrigen in bekannter Weise und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden.
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Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, ist durch das verspätete
Funktionsfähigmachen der zweiten Beschleunigungseinrichtung 4o der wesentliche Vorteil
erreicht, daß die letztere nicht mehr mit einer übermäßig großen Unempfindlichkeit
ausgestattet werden muß, sondern daß im Gegenteil ihre Empfindlichkeit beliebig
hochgetrieben werden kann, ohne daß damit die Gefahr eines ungewollten Anspringens
verbunden ist.
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Es besteht sogar die Möglichkeit, die Verbindung 54 mit der die Empfindlichkeit
bestimmenden Drossel 56 völlig wegzulassen und damit eine Beschleunigungseinrichtung
40 zu schaffen, welche nicht nur bei Schnellbremsungen, sondern auch bei allen Betriebsbremsstufen,
die auf die Tätigkeit der bei Einleitung der ersten Bremsstufe zuständigen Beschleunigungseinrichtung
3I, 34 folgen, Anzapfungen der Hauptluftleitung vornimmt und damit zur möglichst
schnellen Reaktion der Bremseinrichtung über den ganzen Betriebsbereich beiträgt.
Nachdem die zweite Beschleunigungseinrichtung erst in zeitlichem Abstand nach dem
Anspringen des Steuerventils funktionsfähig gemacht wird, könnte dieselbe auch eine
höhere Ansprechempfindlichkeit erhalten, als sie für das Steuerventil bei Einleitung
einer Bremsung zulässig ist. In Fig. 3 der Zeichnung ist die zweite Beschleunigungseinrichtung
4o in einer Ausführung gezeigt, bei der, wie zuletzt erläutert, die gedrosselte
Verbindung 54 zwischen den beiden Räumen 44 und 46 völlig fehlt und nur mehr die
vom Ventil 6o überwachte, ungedrosselte Verbindung 58 vorhanden ist. Außerdem betätigt
bei dieser Ausführung der Kolben 42 außer dem Ventil 48 ein weiteres Ventil 68,
welches die Entlüftung des Raumes 46 durch einen gedrosselten Auslaß 7o überwacht.
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Die Eingliederung dieser Beschleunigungseinrichtung in die Bremseinrichtung
sowie die übrigen Teile der letzteren sind dieselben wie in Fig. 2 gezeigt, und
die Wirkungsweise soll daher auch in Verbindung mit dieser Bremseinrichtung beschrieben
werden.
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Beim Ansprung des Steuerventils 6 erfolgt zunächst wieder die Anzapfung
der Hauptluftleitung 4 mittels der ersten Beschleunigungseinrichtung 3I, 34, bis
mit dem Druckabfall in der Hauptluftleitung auf den Knickpunkt gemäß Fig. I die
Aufgabe dieser Beschleunigungseinrichtung beendet ist. Die zweite Beschleunigungseinrichtung
40 war während dieses Abschnittes infolge des Geöffnetseins des Ventils 6o funktionsunfähig
und wird erst jetzt, nachdem der Bremszylinderdruck zum Abschluß des Ventils 6o
ausreicht, funktionsfähig gemacht. Infolge des Fehlens der Druckausgleichsmöglichkeit
über einen Drosselquerschnitt ist aber die Ansprechempfindlichkeit der Beschleunigungseinrichtung
4o nun so hoch, daß bei allen folgenden Betriebsbremsstufen der Kolben 42 die Ventile
48 und 68 öffnet. Über das Ventil 48 wird wiederum die Hauptluftleitung z. B. in
eine nicht gezeigte, entsprechend kleine Übertragkammer abgezapft, während über
das Ventil 68 Druckluft aus dem Raum 46, welcher im gelösten Zustand der Bremse
über das dann offene Ventil 6o mit dem höchsten Regeldruck der Hauptluftleitung
4 aufgefüllt wurde, ins Freie abströmt, wobei das Zeitmaß der Druckabsenkung durch
die Drossel 7o bestimmt wird. Der Druckabfa11 im Raum 46 dauert so lange an, bis
bei Gleichheit mit dem Druck im Raum 44, d. h. mit dem Druck in der Hauptluftleitung,
der Kolben 42 durch die Federbelastung des Ventils 48 unter Abschluß des letzteren
sowie auch des. Ventils 68 in seine Anfangsstellung zurückbewegt wird. Mit weiterer
Absenkung des Hauptleitungsdruckes bei der nächsten Bremsstufe kommt. es zu einer
Wiederholung des beschriebenen Vorganges, so daß alle Stufen von der Funktion der
Beschleunigungseinrichtung 4o begleitet sind. Bei einer Schnellbremsung kommt es
natürlich ebenfalls zum Ansprechen der in Fig. 3 gezeigten Beschleunigungseinrichtung
40, und zwar nach Beendigung des Abschnittes der Funktionsunfähigkeit der letzteren.
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Zur Erfüllung der verfahrensgemäßen Bedingung, daß die Beschleunigungseinrichtung
4o erst bei einem bestimmten Druck in der Hauptluftleitung funktionsfähig werden
soll, kann als steuernder Druck außer dem bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen
herangezogenen Druck im
Bremszylinder auch der Druck in der Hauptluftleitung
selbst oder jeder andere zu letzterem Druck in Beziehung stehende Druck verwendet
werden.
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Außerdem läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch mit Hilfe eines
Zeitrelais, welches in bekannter Weise ausgebildet sein kann, verwirklichen, wobei
dieses Zeitrelais die zweite Beschleunigungseinrichtung 4o erst nach einem Zeitablauf
funktionsfähig machen darf, welcher wenigstens annähernd zur Erreichung des Knickpunktes
der Abschnitte I und 2 gemäß Fig. I benötigt wird.