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Büchsenbremse für Rohrpostanlagen
In größeren Rohrpostanlagen, insbesondere
in solchen mit automatischen Zentralen, müssen die Büchsen zur Beherrschung ihrer
Verteilung in Trennvorrichtungen vor Strangweichen und Zentralen in ihrer Fahrt
angehalten werden. Bei hoher Büchsenfahrt ist der Schlag gegen die in das Fahrrohr
hineinragenden Hebel der Trennvorrichtungen so stark, daß nicht nur die Geräuschbelastung
unangenehm empfunden wird, sondern allmählich auch die Büchsen und Einrichtungen
beschädigt werden. Zur Durchführung eines einwandfreien Betriebes ist es daher notwendig,
die Büchsen vor dem Aufprall auf Hebel der Trennvorrichtung in ihrer Fahrt abzubremsen.
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Man kann eine gewisse Bremswirkung durch besondere Lenkung der Treibluft
erzielen, indem man eine sogenannte Vorluftabnahme einbaut, oder dadurch, daß man
die Treibluft genügend weit vorher durch Zwischenschaltung einer Klappe ganz absperrt,
so daß die Büchse hinter sich ein Vakuum erzeugt und dadurch in ihrer Fahrt gebremst
wird. Diese Maßnahmen sind besonders bei bereits abgenutzten Büchsen nicht immer
wirksam. Man hat daher Bremseinrichtungen geschaffen, welche unabhängig von dem
Abnutzungszustand der Büchsen arbeiten.
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Die einfachste Form der Bremsung sind Reibungsstrecken, in denen
Reibungspolster gegen die durch-
fahrenden Büchsen gedrückt werden.
Diese Bremsart ist aber nicht ohne weiteres zu gebrauchen, da durch die Rohre Büchsen
mit verschiedener Belastung geschickt werden und es sehr schwierig ist, die Bremsung
so einzurichten, daß sie sich selbsttätig auf die zu bremsenden Büchsen entsprechend
der lebendigen Kraft derselben einstellt.
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Eine andere bekannte Büchsenbremsung kommt dadurch zustande, daß
die Büchse vor Erreichen einer Trennvorrichtung ein Fahrrohrstück durchfahren muß,
das bei einem unwesentlich größeren Durchmesser in schlangenförmigen Windungen geführt
ist. Die Geschwindigkeit der Büchse wird dadurch, daß sie in dem Rohr hin und her
pendeln muß, wohl stark herabgesetzt, die Rohrwand und der Führungskopf der Büchse
werden aber abgenutzt.
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Eine einwandfreie Bremsung kann theoretisch nur erzielt werden, wenn
die lebendige Kraft der Büchse durch den Widerstand einer in ihrer Höhe begrenzten
Kraft auf einem gewissen Wege in Arbeit umgesetzt wird. Die widerstehende Kraft
muß dabei verschieden sein, je nachdem, ob die Büchsengeschwindigkeit und somit
der Energieinhalt der Büchse groß ist oder ob es sich nur darum handelt, eine mit
geringer Fahrt ankommende Büchse durchgleiten zu lassen.
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Die Erfindung zeigt eine Bremsvorrichtung, die den theoretischen
Anforderungen genügt. Sie erreicht dies dadurch, daß ein in die Fahrbahn hineinragender,
zweckmäßig nach der ankommenden Büchse zu geneigter Hebel od. dgl. durch die auftreffende
Büchse in einer das Weiterfahren der Büchse verhindernden Lage mit einem parallel
zum Fahrrohr sich bewegenden Bremsschlitten gekuppelt wird, sodann durch die lebendige
Kraft der Büchse mitsamt dem Bremsschlitten um einen gewissen Weg fortbewegt wird,
dann nach Zurücklegen dieses Weges vom Schlitten entkuppelt und durch die abgebremste
Büchse aus der Fahrbahn herausgeschwenkt wird, worauf Schlitten und Hebel durch
eine Rückholfeder od. dgl. in die Anfangslage zurückgebracht werden. Als Kraft,
die der lebendigen Kraft der Büchse entgegenwirkt, ist gemäß weiterer Erfindung
eine Flüssigkeitsbremse vorgesehen. Diese besteht aus einem geschlossenen, mit Flüssigkeit
angefüllten Zylinder, in dem ein Kolben hin und her geschoben werden kann. Wird
letzterer zwecks Bremsung in der einen Richtung bewegt, so preßt er die unter ihm
befindliche Flüssigkeit durch ein Rohr in den über ihm befindlichen Raum des Zylinders.
Die Flüssigkeitsbremse bietet den großen Vorteil, daß sie den Bremswiderstand entsprechend
der Büchsengeschwindigkeit selbsttätig regelt, denn der Störungswiderstand einer
Flüssigkeit wächst annähernd proportional mit dem Quadrat der ihr erteilten Geschwindigkeit.
Büchsen, die mit großer Fahrt, z. B. mit Io m/sec auf eine Flüssigkeitsbremse auftreffen,
lösen demnach einen viel höheren Bremswiderstand aus als Büchsen, die mit gleicher
Belastung, aber z. B. nur mit 3 m/sec ankommen.
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Für den Betrieb wird die Bremsung so eingerichtet, daß Büchsen mit
geringer Geschwindigkeit, z. B. 3 m/sec, so abgebremst werden, daß sie noch mit
etwa I mlsec weiterlaufen und Büchsen mit Io m/sec Anlaufgeschwindigkeit nach der
Bremsung ihre Fahrt mit etwa 3 mlsec fortsetzen. Um zu vermeiden, daß bei sehr großer
Büchsengeschwindigkeit ein zu hoher Druck auf die Bremsflüssigkeit ausgeübt wird,
ist im Bremskolben ein Überdruckventil vorgesehen, das einen Teil der Flüssigkeit
aus dem einen Zylinderraum in den anderen direkt durch den Kolben überleitet. Ein
zweites, größeres Ventil, das bei dem Rückgang des Kolbens betätigt wird, ermöglicht,
daß er sich leicht und schnell zurückbewegen kann, weil die Flüssigkeit außer durch
das Rohr auch direkt durch den Kolben zurückfließen kann. Der Kolbenrückgang wird
durch eine Rückholfeder bewirkt.
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Wie eben angegeben wurde, ist der Strömungs-Widerstand einer Flüssigkeit
annähernd proportional dem Quadrat ihrer Geschwindigkeit. Die Widerstandskraft an
dem Hebel ändert sich daher auch mit dem Quadrat der Geschwindigkeit, mit der er
heruntergedrückt und die Flüssigkeitsbremse betätigt wird. Es ergibt sich daraus
ein Bremsdiagramm nach Abb. 1, in dem die widerstehenden Kräfte # in bezug auf den
Weg s aufgetragen sind und f (#) die Bremslinie darstellt. Der Weg, über den der
Hebel durch die Büchse von der schrägen in die waagerechte Lage gebracht wird, ohne
daß sich ihm ein nennenswerter Widerstand entgegenstellt, ist mit JA bezeichnet.
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Den Verlauf der Bremslinie kann man unter Annahme des quadratischen
Widerstandsgesetzes wie folgt berechnen: w = C v2 (I) bzw.
wobei c eine beliebige Konstante, v die Büchsengeschwindigkeit und w die Bremskraft
ist.
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Da das Produkt aus der Kraft und dem Weg gemäß der Formel # # ds
= dA (Arbeit) (2) sowie gemäß der Formel
bzw. w # ds = m # v # dv, (3a) d. h. gleich der Änderung der von der Masse m des
sich bewegenden Körpers sowie seiner Geschwindigkeit v abhängigen Bewegungsenergie
ist, so folgt durch Einsetzen des Wertes ze aus der Formel (I) die Gleichung C ds
fl1 d s = m ovo V dv (4) bzw. durch Kürzen und Umstellen c ds dv m v Durch Integration
und Zusammenfassen der konstanten Größen c, m und der Integrationskonstanten zu
einer einzigen konstanten Größe c ergibt sich die Gleichung s = ln (c2 V) = ln c2
+ ln v . (5)
Setzt man für v aus der Gleichung (i a) den Wert
so erhält man s = In c2 = 1/@ In w/@ = In c2 + 1/@ In w - 1/@ In c 2 C 2 (5 a) Die
konstanten Größen ln c2 - 2 ln c werden zur konstanten Größe I in c3 zusammengefaßt,
so daß sich schließlich die Gleichung ergibt - 2 ln (c3 w) . (5b) Wertet man die
Formel (5 b) diagrammäßig aus, so zeigt sich, daß wegen der Eigenschaft des Logarithmus
die Bremsung im ersten Teil des Diagramms besonders wirksam ist und daß man daher
schon mit einem kurzen Bremsweg ein genügend kräftiges Ergebnis erzielen kann. Es
ist ferner möglich, die Diagrammspitze am Anfang zu vermeiden, indem man z. B. durch
Anordnung eines einfachen Ventils im Bremskolben den hohen Druckanstieg bei zu großer
Geschwindigkeit abströmen läßt. Das damit erzielte Diagramm ist in der Abb. 2 dargestellt.
Aus A BCD wurde nach Abtrennen der Diagrammspitze das Diagramm AEFGHD, in dem der
Streifen FGHC hinzukam, weil durch die oben geschilderte Maßnahme nur ein kleiner
Teil der Energie vernichtet wurde und daher die Büchsengeschwindigkeit immer noch
größer, als dies bei normalem Verlauf im Punkt der Fall wäre. Mit ML bzw. AMLD ist
das Wirken der Rückholfeder dargestellt.
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Um sich die Größenordnungen zu vergegenwärtigen, sei ein Beispiel
durchgerechnet, wobei angenommen wird, daß der Bremsweg 10 cm betragen soll und
die Büchsengeschwindigkeit bei einem Gewicht von 400 g 10 sec beträgt. Die lebendige
Kraft der Büchse beträgt dann 2,o4 m/kg. Wäre das Diagramm rechteckig, und dieses
könnte man ja durch entsprechende Ausbildung des bereits obenerwähnten besonderen
Ventils, z. B. i in Abb. 3, erreichen, würde der Widerstand, also die Strecke AE,
20 kg betragen müssen. Bei einer Geschwindigkeit von 50 cm würde dann die Büchse
nur einen Widerstand von 50 g finden und bei I m/sec Geschwindigkeit auch erst einen
Widerstand von 200 g, d. h. wenn z. B. die Rückholfeder denselben Widerstand überwinden
müßte, was man jedoch durch Anordnung besonderer Ventile, wie weiter unten ausgeführt
wird, weitgehend verhindern kann, würde bei vollständigem Ausgleich sämtlicher auf
und nieder gehender Teile rein hydraulisch eine Bewegungsgeschwindigkeit des Bremskolbens
von I m/sec möglich sein, d. h. der Bremsweg von 10 cm wird in 0,I sec zurückgelegt.
Durch Anordnung eines besonderen Ventils, welches dem Ventil i in Abb. 3 ähnlich
ist, nämlich Ventil k in Abb. 3 kann jedoch der Widerstand des Bremszylinders, den
die Rückholfeder überwinden muß, beliebig weit herabgesetzt werden.
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Wegen des quadratischen Widerstandsgesetzes, welches durch die besonderen
Maßnahmen bei der Ausbildung der mechanischen Teile der Bremseinrichtung noch beliebig
beeinflußt werden kann, verlassen die Rohrpostbüchsen die Bremse, ganz unabhängig
davon, ob sie mit sehr großer Fahrt oder gänzlich ohne Fahrt auf sie aufprallen,
immer mit fast der gleichen Geschwindigkeit, die zwischen I bis 3 m/sec schwanken
mag. Bei einer Büchsengeschwindigkeit von 3 m/sec beträgt die lebendige Kraft einer
4oo-g-Büchse nur noch 0,I84 mkg und der Widerstand entsprechend dem quadratischen
Gesetz nur noch den elften Teil dessen von 10 m/sec. Bei I,5 m/sec aber ist auch
dieser Widerstand noch auf den vierten Teil gesunken, so daß bei annähernd gleichen
Verhältnissen eine mit einer Geschwindigkeit von 10 m/sec aufprallende Büchse die
Bremse mit 3 m/sec verläßt, während bei einer Eingangsgeschwindigkeit von 3 m/sec
auch noch eine Austrittsgeschwindigkeit von I,5 m/sec vorhanden ist.
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In Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Sie
stellt ein Rohrzwischenstück dar, das zur Bremsung einer Büchse vor einem Rohrkontakt
oder vor einer Trennvorrichtung in das Fahrrohr eingebaut wird. Es besteht aus dem
Rohr r, das zum Durchfahren der Büchse dient, und einem seitlich angebrachten Gehäuse
p, das die Bremseinrichtung enthält. Diese besteht aus einem geschlossenen Zylinder
m, in dem sich ein Bremskolben o mit den Ventilen i und k hin und her bewegen kann
und mittels der Kolbenstangeh den Schlitten g in einer Rillenführung des Gehäuses
p mitbewegt. Das Rohr n verbindet die Zylinderräume vor und hinter den Bremskolben.
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In dem Schlitten g ist die Drehachse b für den doppelarmigen Hebel
a, c gelagert, der in der Ruhelage mit seinem langen Hebelarm a schräg in das Fahrrohr
A hineinragt. In dieser Lage wird er durch eine Blattfederl gehalten, die sich zwischen
dem kurzen Hebelarm c und dem Sperrstück d befindet. Dieses wird auf der Strecke
zwischen den raumfesten Stiften e und f von dem Schlitten mitgenommen.
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Der Betrieb wickelt sich wie folgt ab: Die in Fahrt befindliche Büchse
trifft auf den schräg stehenden Hebelarm a und stellt ihn entgegen der Federkraft
von I senkrecht zur Rohrachse. In dieser Lage drückt der kurze Hebelarm gegen das
Sperrstück d. Durch die lebendige Kraft der Büchse wird nun der Hebel mit dem Sperrstück
und durch dieses der Schlitten mitsamt der Kolbenstange und dem Bremskolben in der
Richtung der Büchsenfahrt mitgenommen.
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Hierbei wird die Flüssigkeit vor dem Kolben durch das Seitenrohr des
Zylinders in den Raum hinter dem Kolben gedrückt. Der Bremswiderstand, den die Flüssigkeitswanderung
der lebendigen Kraft der Büchse entgegensetzt, beginnt mit o und steigt im Quadrat
der Büchsengeschwindigkeit, bis das Sperrstück beim Erreichen des Anschlages f ausgeklinkt
wird. Die Bremseinrichtung wird dadurch stillgesetzt.
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Der ausgeklinkte Hebel wird aber an seinem Arm a von der mit stark
verminderter Geschwindigkeit weiterfahrenden Büchse mitgenommen und aus dem
Fahrrohr
herausgeschwenkt, damit die Büchse ungehindert ihren Weg fortsetzen kann. Während
die Büchse weiterfährt, wird der Hebel in seiner ausgeschwenkten Lage zusammen mit
dem Schlitten g von einer nicht dargestellten Rückholfeder parallel zur Rohrachse
aufwärts bewegt, bis das Sperrstück d gegen den Stift e anstößt. Dadurch wird dieses
Sperrstück relativ zum Schlitten g verschoben und legt den Hebel n über seinen kurzen
Arm c in seine ursprüngliche Schräglage zurück. Hierdurch ist erreicht, daß die
Zurückführung des Hebels erst erfolgt, wenn die Büchse ihrer ganzen Länge nach das
Rohrstück verlassen hat, um Beschädigungen von Ringkontakten der Büchse zu vermeiden.
Dauert der Rückgang z. B. 0,1 sec, so hat eine 30 cm lange Büchse gerade die gefährliche
Strecke passiert. Durch die Rückholfeder wird mit dem Schlitten die Kolbenstange
und der Kolben zurückbewegt, wobei die hinter dem Kolben befindliche Flüssigkeit
durch das Ventil k und das Rohr n in den Raum vor dem Kolben zurückfließt.
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Bei richtiger Hebelstellung läßt sich mit einer solchen Einrichtung
erreichen, daß schlagartig nur ganz geringe Massen zu beschleunigen sind und daß
die zur Wirkung kommenden Widerstandskräfte federnd von o bis zu einer gewünschten
Höhe ansteigen.
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PATENTANSPRCCHE: I. Büchsenbremse für Rohrpostanlagen, dadurch gekennzeichnet,
daß ein in die Fahrbahn hineinragender, zweckmäßig nach der ankommenden Büchse zu
geneigter Hebel od. dgl. durch die auftreffende Büchse in einer das Weiterfahren
der Büchse verhindernden Lage mit einem parallel zur Fahrbahn sich bewegenden Bremsschlitten
gekuppelt wird, sodann durch die lebendige Kraft der Büchse mitsamt dem Bremsschlitten
um einen gewissen Weg fortbewegt wird, dann nach Zurücklegen dieses Weges vom Schlitten
entkuppelt und durch die abgebremste Büchse aus der Fahrbahn herausgeschwenkt wird,
worauf Schlitten und Hebel durch eine Rückholfeder od. dgl. in die Anfangslage zurückgebracht
werden.