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Drucksicherungseinrichtung, insbesondere für die Luftfederung von
Schienenfahrzeugen Die Erfindung betrifft eine Drucksicherungseinrichtung, wie sie
für die Sicherung eines Leitungs- oder Behältersystems gegenüber Druckverlusten
in einem mit diesem verbundenen zweiten System gebräuchlich ist.
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Eine solche Drucksicherungseinrichtung ist z. B. bei Luftfederungen
erforderlich, wie sie insbesondere bei Schienenfahrzeugen, aber auch bei Fahrzeugen
des Straßenverkehrs in Gebrauch sind. Sie hat dort die Aufgabe, im Falle des Undichtwerdens
eines als federndes Glied wirkenden Luftbalges eine Erschöpfung der Druckluftanlage
zu verhindern.
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Es ist bereits ein Rohrabriß-Sperrventil bekannt, welches jedoch nur
für annähernd gleichmäßig in einer Richtung durchströmte Rohrleitungen verwendbar
ist. Das Druckmittel strömt hierbei durch einen als Drossel wirkenden Ringspalt,
der sich zwischen den Dichtflächen eines durch Federkraft offen gehaltenen Ventiles
befindet. Sobald die die gesicherte Rohrleitung durchsetzende Strömungsmenge die
eingestellte Menge überschreitet, bildet sich am Drosselspalt ein Druckgefälle,
welches das Ventil schließt und die Strömung unterbricht. Dieses Rohrabriß-Sperrventil
ist jedoch, wie bereits erwähnt, nur für eine Strömungsrichtung geeignet.
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Auch für die Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen sind bereits Drucksicherungsventile
bekannt. Eine dieser Konstruktionen weist für jeden zu überwachenden Druckmittelkreis
einen Kolben auf, der in Schließrichtung eines Ventiles einerseits vom Druck in
einer Druckmittelquelle und andererseits vom Druck in dem zu überwachenden Druckmittelkreis
beaufschlagt ist. Das Ventil ist dabei in eine von der Druckmittelquelle über eine
Drossel zum zugehörigen Druckmittelkreis führende Verbindungsleitung eingeschaltet.
Auch dieses Drucksicherungsventil weist also nur einen gedrosselten Verbindungskanal
von der Druckmittelquelle zu dem zu überwachenden Druckmittelkreis auf.
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Die andere Konstruktion eines Sicherungsventils weist einen einerseits
von der Druckmittelquelle und andererseits vom Druck des zu überwachenden Druckmittelkreises
und von einer Feder belasteten Kolben auf, der von einem vermittels eines gedrosselten
Umgehungskanals überbrückten Rückschlagventil durchbrochen ist und der bei überwiegender
Beaufschlagung von der Druckmittelquelle her ein in die Leitung zum überwachten
Druckmittelkreis eingeschaltetes Absperrventil schließt. Dieses Sicherungsventil
weist jedoch den Nachteil auf, daß es den Druckmittelstrom in einer Strömungsrichtung
stark drosselt und nur für Anlagen verwendbar ist, die bei ihrer Betätigung einen
den Hubraum des Kolbens nicht überschreitenden Druckmittelverbrauch aufweisen. Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Drucksicherungsventil
der eingangs angeführten Art einfach und betriebssicher zu gestalten und es derart
auszubilden, daß es im Ruhezustand den Druckmittelstrom in beiden Strömungsrichtungen
ungedrosselt und an keine Druckmittelmenge gebunden passieren läßt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drucksicherungseinrichtung
einen Betätigungskolben für das Öffnen und Schließen eines Ventils aufweist, das
eine Leitung überwacht, durch die die Luftmenge, welche die Luftfeder speist, ungedrosselt
in beliebigen Richtungen strömt und der Betätigungskolben im Sinne der Ventilöffnung
nur dem Druck in dem der Gefahr des Druckverlustes ausgesetzten Leitungsabschnitt
sowie der Kraft einer Feder und im Sinne des Ventilschlusses dem Druck in einem
Raum ausgesetzt ist, der mit der zu überwachenden Leitung über eine Drosselbohrung
verbunden ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Drucksicherungseinrichtung in ihrer Verwendung bei der Luftfederung eines Schienenfahrzeuges
schematisch dargestellt. Gemäß der Abbildung besteht die Drucksicherungseinrichtung
aus dem Gehäuse 1, in das die Membrane 3 so eingespannt ist, daß sie einen Hub von
bestimmter Größe machen kann. Die Membrane 3 trennt einen Raum 5 von einem Raum
7 und betätigt über einen Stößel 9 das Ventil 11, das durch die Feder 13 gegenüber
dem Sitz 15 geöffnet gehalten wird. Der Sitz 15 befindet sich an einem im Gehäuse
1 befestigten Teil, welcher eine Öffnung 17 aufweist, die vom Raum 7 zu einem weiteren
Gehäuseraum
19 führt. Der Raum 19 ist außerdem mit dem Raum 5 über eine Drosselbohrung 21 verbunden.
Dieser Drosselquerschnitt ist als Bohrung in einem Einsatzstück 23 ausgebildet,
das in einer Ausnehmung 25 des Gehäuses 1 liegt. Eine Druckfeder 27 hält das Einsatzstück
23 in seiner vorgeschriebenen Lage.
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An den Raum 7 des Gehäuses 1 ist eine Leitung 29 angeschlossen, die
zum Luftfederbalg31 führt. Leitung 29 und Balg 31 bilden zusammen ein System, gegen
dessen etwaige Druckverluste ein Druckluftbehälter 33 sowie die an ihn angeschlossenen
Leitungen gesichert «-erden müssen. Der Druckluftbehälter 33 steht über eine Leitung
35 mit dem Ventil 37 von an sich bekannter und daher nicht näher beschriebener Bauart
in Verbindung, das je nach der Be- oder Entladung des Fahrzeuges den Druck im Luftfederbalg
31 in der Weise überwacht, daß der Abstand des Wagenkastens 39 vom Fahrgestell 41
konstant bleibt. Bei Relativbewegungen des Fahrgestells 41 gegenüber dem Wagenkasten
39 betätigt ein Gestänge 43 das Ventil 37 mit der Folge, daß im Falle einer Entladung
des Fahrzeuges Druckluft aus dem Balg 31 auf einem noch im einzelnen zu beschreibenden
Weg durch die Leitung 45 und den Auslaß 47 abgelassen wird, während im Falle einer
Beladung Druckluft aus dem Behälter 33 in den Balg 31 unter Absperrung des Auslasses
47 eingespeist wird. Ein in das Gestänge 43 eingeschaltetes elastisches Glied 49,
dessen konstruktive Ausbildung für den vorliegenden Fall keine Bedeutung hat, schirmt
das am Wagenkasten 39 befestigte Ventil 37 gegen kleinere Bewegungen des Fahrgestells
41 ab, welche z. B. von Unebenheiten der Schiene herrühren.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Beim
Neuauffüllen des Federbalges 31 strömt Druckluft aus dem Behälter 33 über das mittels
des Gestänges 43 offengehaltene Ventil 37 und die Leitung 45 zum Raum 19 des Gehäuses
1. Das Ventil 11 ist dabei durch die Feder 13 geöffnet, so daß die Druckluft weiter
über die Öffnung 17 zum Raum 7 auf die eine Seite der Membrane 3 und außerdem durch
die Leitung 29 zum Luftfederbalg 31 gelangt. Gleichzeitig strömt die Druckluft aus
dem Raum 19 durch die Drosselbohrung21 in den Raums und beaufschlagt hier die andere
Seite der Membrane 3. Da infolge der Drosselbohrung21 der Druckanstieg im Raums
gegenüber demjenigen im Raum 7 nacheilt, bleibt das Ventil 11 geöffnet. Die Auffüllung
des Luftfederbalges 31 wird so lange fortgesetzt, bis bei Erreichen des vorgeschriebenen
Abstandes zwischen dem Wagenkasten 39 und dem Fahrgestell 41 das Gestänge 43 das
Einlaßventil schließt.
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Findet eine Beladung des Fahrzeuges statt, so zeigt der Wagenkasten
39 zunächst die Tendenz einer Annäherung an das Fahrgeste1141 mit der Folge des
erneuten Öffnens des Einlaßventils 37 durch das Gestänge43 und der weiteren Einspeisung
von Druckluft in den Luftfederbalg31 so lange, bis wiederum der vorgeschriebene
gegenseitige Abstand zwischen dem Wagenkasten 39 und dem Fahrgestell 41 erreicht
ist. Kommt es dagegen zu einer Entladung des Fahrzeuges, so wird der Luftfederbalg31
durch den in seinem Inneren herrschenden Druck zunächst etwas in der Länge gestreckt,
wobei das Gestänge 43 einen Auslaß im Ventil 37 öffnet, so daß die Druckluft nun
in umgekehrter Richtung aus dem Luftfederbalg 31 durch die Öffnung 47 so lange ins
Freie gelangen kann, bis der vorgeschriebene Abstand zwischen Wagenkasten 39 und
Fahrgestell 41 erneut erreicht ist. Die Drucksicherungseinrichtung behindert dieses
gewollte Abströmen von Luft aus dem Luftfederbalg 31 nicht. Die Luft gelangt hierbei
durch die Leitung 29 in den Raum 7 und weiter über die Öffnung 17 und das geöffnete
Ventil 11 in den Raum 19, welchen sie durch die Leitung 45 verläßt. Außerdem strömt
auch Druckluft aus dem Raum 5 durch die Drosselbohrung 21 langsam in den Raum 19.
Das Maß der Druckabsenkungen in den Räumen 5 und 7 bis zum Druckausgleich ist dabei
jedoch ein solches, daß das Ventil 11 auf jeden Fall durch die Feder 13 offengehalten
wird und es nicht zu einem die Entlüftung des Luftfederbalges 31 über das Ventil
37 unterbrechenden Abschluß des Ventils 11 kommen kann.
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Wird dagegen der Luftfederbalg 31 z. B. infolge einer Beschädigung
undicht und strömt dabei die Druckluft aus diesem mit höher Geschwindigkeit aus,
so bedingt dies einen solchen Druckunterschied zwischen den Räumen 7 und 5, daß
der im Raum 5 verbleibende, durch die drosselnde Wirkung der Bohrung 21 bedingte
Überdruck die Membrane 3 bis zum Abschluß des Ventils 11 in der Zeichnung nach unten
bewegt. Sobald der Teller des Ventils 11 auf dem Sitz 15 aufliegt, ist der Raum
19 sowie das diesem Raum vorgeschaltete System abgesperrt, während der Raum 7 infolge
der Beschädigung auf den Druck der Außenluft entlüftet wird. Der sich vergrößernde,
auf die Membrane 3 lastende Druckunterschied drückt den Teller des Ventils 11 also
mit zunehmender Kraft auf seinen Sitz 15. Die Schließbewegung des Ventils 11 wird
noch durch den auf seiner einen Seite wirkenden Überdruck im Raum 19 unterstützt.
Mit dem Abschluß des Ventils 11 ist der Druckluftbehälter 33 trotz der durch das
Ventil 37 hergestellten Verbindung mit dem Raum 19 gegen weiteren Verlust von Druckluft
gesichert.
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Ist die Undichtheit des Luftfederbalges 31 nur von einer solchen Größenordnung,
daß die Kapazität des Behälters 33 für den Luftersatz ausreicht, so kommt es nicht
zum Abschluß des Ventils 11, da in einem solchen Fall zu beiden Seiten der Membrane
3 ein gleichhoher Druck erhalten bleibt und somit die Feder 13 das Ventil 11 offen
hält. Erst wenn die Leistungsfähigkeit des Behälters 33 bzw. der diesen speisenden
Druckluftquelle zum Ersatz der Luft im Luftfederbalg 33 nicht mehr ausreicht, stellt
sich der für den Abschluß des Ventils 11 erforderliche Druckunterschied auf beiden
Seiten der Membrane 3 ein.
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Es bleibt noch zu erwähnen, daß die Drucksicherungseinrichtung auch
bei Luftfederungen für Straßenfahrzeuge sowie allgemein in jedem Leitungssystem
verwendet werden kann, wobei in letzterem Fall normalerweise die erleichterte Betriebsbedingung
vorliegt, daß die Strömung des Druckmittels nur in einer Richtung verläuft.