Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerventil für selbsttätige Druckluftbremsen zur Bildung eines Bremszylinderdrucks C in mindestens einem angeschlossenen Bremszylinder nach Maßgabe einer Druckdifferenz zwischen einem Druck in einer durchgehenden Hauptluftleitung L eines Zuges und einem gespeicherten Referenzdruck A, welcher vom Druck der Hauptluftleitung L abgeleitet ist, umfassend Ventilmittel zum Ableiten eines Steuerdrucks S aus dem Druck der Hauptluftleitung L zur Erzeugung eines Bremszylinderdrucks C für die Beaufschlagung des Bremszylinders, bestehend aus einer ersten Ventilmechanik zur Bereitstellung des Steuerdrucks S aus dem Druck der Hauptluftleitung sowie einer zweiten Ventilmechanik zur Erzeugung des Bremszylinderdrucks C.

Das Einsatzgebiet der Erfindung ist der Schienenfahrzeugbau. Schienenfahrzeuge haben meist eine selbsttätige automatische Druckluftbremse, bei der die Absenkung des Drucks in einer Hauptluftleitung L ausgehend von einem Regelbetriebsdruck die Ausbildung eines Bremszylinderdrucks C hervorruft. Die Übertragungsfunktion von sinkenden Druck in der Hauptluftleitung L zum steigenden Bremszylinderdruck C und umgekehrt wird von den Steuerventilen der hier interessierenden Art ausgeführt.

Aus dem technischen Fachbuch Asadtschenko, V.R. : Avtomatitscheskije Tormosa

pordvishnogo Sostawa sheleznogo Transporta (russ.) Moskau 2002, Seite 71 ff geht das allgemeine Prinzip eines derartigen Steuerventils hervor. Das Steuerventil besteht aus zwei getrennten Teilen, die gewöhnlich an einem gemeinsamen Ventilträger angebracht sind, wobei die notwendigen Druckluftverbindungen mit den betreffenden Anschlüssen an Ventilträger hergestellt werden. Innerhalb des Ventilträgers befinden sich Kammern für einen Steuerdruck

LK: S und einen Referenzdruck A. Das Steuerventil besteht hier aus einem Hauptteil und einem Leitungsteil. Die Erzeugung des Bremszylinderdrucks C obliegt dem Hauptteil, während das Leitungsteil den Steuerdruck S erzeugt und einen Beschleuniger zur Signalverstärkung beinhaltet.

Beide Drücke, A und S, dienen der Steuerung des Hauptteils, wobei der Druck A beim Anlegen der Bremse die Referenz zum Regelbetriebsdruck, also des ursprünglichen Druckes in der Hauptluftleitung L in Fahrtstellung, und der Steuerdruck S die zeitkorrigierte Referenz zum aktuellen Druck in der Hauptluftleitung L während der Bremsung herstellt.

Das Haupt- und Leitungsteil des Steuerventils sind mit eigenen Kolbensystemen versehen, die ausgehend von der Druckdifferenz A zu S im Hauptteil sowie L zu S im Leitungsteil unterschiedliche Positionen einnehmen, wobei sich definierte Schaltstellungen der jeweils angeschlossenen Ventilmechanik einstellen, welche unterschiedliche Druckluftverbindungen verwirklichen. Die Aufteilung des Steuerventils in Haupt- und Leitungsteil hat jedoch den Nachteil der Vielteiligkeit verbunden mit einem höheren Aufwand zur Herstellung und Aufarbeitung des Steuerventils.

Die SU 1629210 sowie SU 1712217 offenbaren demgegenüber einteilige Steuerventile. Wesentliche Bestandteile dieser Steuerventile sind ein L-Kolben der mit dem Hauptluftleitungsdruck L und dem Vorratsdruck R beaufschlagt ist, ein integriertes Doppelsitzventil zum Be- oder Entlüften des angeschlossenen Bremszylinders sowie ein Ausgleichskolben, der vom Bremszylinderdruck C gegen die Kraft zweier einstellbarer Druckfedern bewegt wird. Ausgehend von einem Bremssignal sinkt der Druck L, wobei der Druck R im Wesentlichen erhalten bleibt. Die entstehende Druckdifferenz bewegt den L-Kolben, so dass zunächst eine Bohrung zur Füllung einer Übertragungskammer mit L-Luft geöffnet und eine Verbindung zwischen Vorratsluft R und Hauptluftleitung L geschlossen wird und sich anschließend das Einlassventil öffnet und Luft aus dem Vorratsluftbehälter R in den Bremszylinder fließt. In Folge des steigenden Bremszylinderdrucks C bewegt sich der Ausgleichskolben und schließt das Einlassventil.

Nachteil dieser vorbekannten einteiligen Steuerventile ist, dass zu Gunsten der Integration der Teile funktionale Einschränkungen erforderlich sind. Diese äußern sich zum einen in langen Kolbenhüben, die einer hohen Empfindlichkeit des Steuerventils und einer schnellen Signalausbreitung im Zugverband entgegenwirken. Zum anderen fehlt oftmals eine Beschleunigungsfunktion zur Signalverstärkung.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein einteiliges Steuerventil zu schaffen, welches mit wenigen Bauteilen auskommt, welche schnell und einfach montierbar sind und dennoch die volle Funktionalität eines für schweren Güterverkehr geeigneten Steuerventils gewährleistet, insbesondere hinsichtlich Empfindlichkeit und Signalverstärkung.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem Steuerventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einem einteiligen Steuerventil ein kurzhubiges erstes Kolbensystem zur Betätigung der ersten Ventilmechanik in demselben Ventilgehäuse mit einem relativ langhubigeren zweiten Kolbensystem zur Betätigung der zweiten Ventilmechanik zusammenwirkt.

Mit anderen Worten werden damit bei einem einteiligen Steuerventil die Funktionalität des Haupt- und Leitungsteils zusammengefasst. Hierfür wird zur Erfassung des Bremssignals ein empfindliches Organ in Form eines ersten Kolbensystems mit kurzen Hüben eingesetzt und zur Bremszylinderdruckgenerierung ein Organ in Form eines zweiten Kolbensystems mit relativ hierzu längeren Hüben zwecks hoher Leistungsfähigkeit eingesetzt. Gemäß einer bevor- zugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerventils entspricht der Kolbenhub des zweiten Kolbensystems dem 1,5 bis 3-fachen des Kolbenhubs des ersten Kolbensystems. Im Rahmen dieses Kolbenhubverhältnisses wird sowohl eine hohe Empfindlichkeit seitens der Ventilmechanik zur Bereitstellung des Steuerdrucks S als auch der zweiten Ventilmechanik zur Erzeugung des Bremszylinderdrucks C erzielt.

Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, zusätzlich ein Beschleunigungsorgan in das Steuerventil zu integrieren, welches der Signalverstärkung dienend die Funktionalität des Steuerventils für schweren Güterverkehr zuverlässig gewährleistet. Das Beschleunigungsorgan umfasst dabei vorzugsweise ein Entlüftungsventil und ein federbelastetes Rückschlagventil, wobei ersteres zwischen dem Druck der Hauptluftleitung L und einem Entlüftungskanal mit der Atmosphäre verbunden ist, um bei einem sinkenden Druck der Hauptluftleitung L eine Verstärkungswirkung für die Bremsung herbeizuführen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erste Kolbensystem einen Steuerkolben, der über eine Kolbenstange das Beschleunigungsorgan betätigt. Dabei ist das Beschleunigungsorgan vorzugsweise als ein Entlüftungsventil der vorstehend erwähnten Art ausgebildet. Dieses entlüftet in der ein Bremsen bewirkenden betätigten Schaltstellung die Hauptluftleitung L, um eine Signalverstärkung des hierüber durch Druckabsenkung aufgegebenen Bremssignals herbeizuführen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das zweite Kolbensystem einen diesen zugeordneten Steuerkolben, der über eine Kolbenstange die zweite Ventilmechanik betätigt. Die zweite Ventilmechanik ist vorzugsweise als ein Doppel sitzventil ausgebildet. In der ein Bremsen bewirkenden betätigten Schaltstellung des Doppelsitzventils wird mit aus dem Vorratsluftbehälter stammenden Vorratsdruck R der Bremszylinder beaufschlagt, um die Bremsung durchzuführen. Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen das gemeinsame Ventilgehäuse, welches die vorstehend beschriebenen ventiltechnischen Baueinheiten enthält, lösbar an einen Ventilträger anzubringen. Der Ventilträger stellt dabei die Druckluftverbindungen C, R, L für die Druckluftanbindung des Steuerventils bereit. Die Entlüftungsanschlüsse führen vorzugsweise direkt vom gemeinsamen Ventilgehäuse nach außen.

Weitere die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Steuerventil als Stellglied für eine geregelte Druckluftbeaufschlagung eines Bremszylinders.

Gemäß Figur besteht das Steuerventil im Wesentlichen aus einem in einem gemeinsamen Ventilgehäuse 1 angeordneten kurzhubigen ersten Kolbensystem 3 zur Betätigung eines zugeordneten Beschleunigungsorgans 2 über eine Kolbenstange 6. Diese Komponenten beinhalten die Funktion eines sogenannten L-Teils eines Steuerventils, welches aus dem Druck der Hauptluftleitung L den Steuerdruck S ableitet. Weiterhin steuert diese Anordnung bei Beginn einer Bremsung eine Verbindung von der Hauptluftleitung L zu einem Kanal der zusätzlichen Entlüftung über das Entlüftungsventil 13 im Bereich des Beschleunigungsorgans 2.

Achsparallel daneben ist in dem selben Ventilgehäuse 1 ein relativ zum ersten Kolbensystem 3 langhubigeres zweites Kolbensystem 5 angeordnet, welches über eine Kolbenstange 8 der Betätigung der Ventilmechanik 7 dient.

Das Ventilgehäuse 1 des Steuerventils ist über eine Flanschfläche lösbar an einem Ventilträger 14 angebracht. Der Ventilträger 14 stellt die Druckluftverbindungen für den Bremszylinderdruck C, den Vorratsdruck R und den Hauptluftleitungsdruck L bereit. Im Ausgangszustand ist die Hauptluftleitung L mit einem konstanten Druck gefüllt. Über einen Verbindungskanal 15 in der Kolbenstange 6 des ersten Kolbensystems 3 füllt sich der Druckraum des Steuerdrucks S unterhalb des Steuerkolbens 12 ebenfalls mit dem Druck aus der Hauptluftleitung L. Der Druck aus der Hauptluftleitung L liegt auch im Druckraum des Referenzdrucks A oberhalb des Steuerkolbens 16 des zweiten Kolbensystems 5 über den Verbindungskanal 17 an. Somit haben diese Druckräume auf der einen Seite der Steuerkolben 12 des ersten Kolbensystems 3 sowie Steuerkolben 16 des zweiten Kolbensystems 5 dasselbe Druckniveau der Hauptluftleitung L.

Zum Bremsen wird der Druck in der Hauptluftleitung L extern reduziert. In Folge dessen kann der Steuerdruck am Steuerkolben 12 des ersten Kolbensystems 3 über den Verbindungskanal 15 dieser externen Druckreduzierung nicht zeitgleich folgen, so dass sich am Steuerkolben 12 ein Kräfteungleichgewicht einstellt. In Konsequenz hieraus bewegt sich der Steuerkolben 12 in Richtung des Beschleunigungsorgans 2 und das Entlüftungsventil 13 öffnet, so dass eine Bremssignalverstärkung herbeigeführt wird, in dem zusätzlich Druckluft aus der Hauptluftleitung L entlüftet wird.

Durch den Druckabfall im Druckraum 18 einlassseitig des Entlüftungsventils 13 öffnet auch das federbelastete Rückschlagventil des Beschleunigungsorgans 4 und der Steuerdruck wird ebenfalls entlüftet. Der sinkende Steuerdruck erzeugt am Steuerkolben 16 des zweiten Kolbensystems 5 ein Ungleichgewicht zu dem im gegenüberliegenden Druckraum 19 herrschenden Referenzdruck, so dass sich der Steuerkolben 16 in Richtung der Ventilmechanik 7 bewegt und diese betätigt. Dabei wird die Verbindung 17 zwischen beiden am Steuerkolben 16 anstehenden Druckräumen geschlossen. Durch die Abwärtsbewegung schließt sich das Auslassventil des Doppelsitzventils 9 und dessen Einlassventil öffnet. Hierüber strömt Druckluft vom Vorratsluftbehälter 10 über die Leitung für den Vorratsdruck R und die Ventilmechanik 7 in den Kanal für den Bremszylinderdruck C zur Beaufschlagung des Bremszylinders 11. Der steigende Bremszylinderdruck C führt am Kolben 20 zu einer Abwärtsbewegung und schließt bei Erreichen eines definierten Druckniveaus das Einlassventil des Doppelsitzventils 9.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, dass die erste und/oder zweite Ventilmechanik auch andere Ventilkomponenten zur Beeinflussung der Erzeugung des Bremszylinderdrucks mit umfassen.

Bezugszeichenliste

1 Ventilgehäuse

Beschleunigungsorgan

erstes Kolbensystem

Rückschlagventil

5 zweites Kolbensystem

Kolbenstange

7 Ventilmechanik

8 Kolbenstange

9 Doppel sitzventil

10 Vorratsluftbehälter

11 Bremszylinder

12 Steuerkolben

13 Entlüftungsventil

14 Ventilträger

15 Verbindungskanal

16 Steuerkolben

17 Verbindungskanal

18 Druckraum

19 Druckraum

20 Kolben

C Bremszylinderdruck

A Referenzdruck

L Hauptluftleitungsdruck

S Steuerdruck

R Vorratsdruck