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Title:
RELAY VALVE FOR AIRBRAKE SYSTEMS IN RAILWAY VEHICLES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/007861
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a relay valve for airbrake systems in railway vehicles, comprising an inlet valve, an outlet valve and a piston system that is connected to the inlet and outlet valve in such a way that it opens the inlet valve when moved in a first direction and opens the outlet valve when moved in the opposite direction. The relay valve is characterised in that the piston system is comprised of the following elements on a piston rod: a first piston that is arranged in a first cylinder in such a way that the cylinder can be divided into two chambers and a second pressure chamber is also provided with a second connection for a control pressure, whereby a third chamber and a fourth chamber disposed on the other side of the piston are connected to bore holes and one of said bore holes is connected to the compressed air connection for a control pressure while the other is connected to the surrounding area; a second piston that is disposed in a second cylinder, whereby the second cylinder is divided into two chambers; a third piston arranged in a third cylinder whereby a fifth chamber disposed on one of the sides of said piston is connected to a distributing valve and the chamber located on the other side of the piston is the fourth chamber.

Inventors:
Heller, Martin (Hauptstrasse 33b Unterschleißheim, D-85716, DE)
Sonntag, Stefan (Im Mitterfeld 3 Taufkirchen, D-82024, DE)
Application Number:
PCT/EP1999/005564
Publication Date:
February 17, 2000
Filing Date:
August 02, 1999
Export Citation:
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Assignee:
KNORR-BREMSE SYSTEME FÜR SCHIENENFAHRZEUGE GMBH (Moosacher Strasse 80 München, D-80809, DE)
Heller, Martin (Hauptstrasse 33b Unterschleißheim, D-85716, DE)
Sonntag, Stefan (Im Mitterfeld 3 Taufkirchen, D-82024, DE)
International Classes:
B60T13/40; B60T13/58; B60T13/66; B60T15/42; (IPC1-7): B60T13/66; B60T15/18
Foreign References:
US4163587A
US3944287A
DE2355541A1
US3799623A
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Claims:
Patentansprüche
1. Relaisventil für Druckluftbremssysteme von Schienenfahrzeugen mit 1. 1 einem Einlaßventil (1) für den Eintaß von Druckluft aus einem Reservoir (3) in einen Wirkungsraum (5) und 1. 2 einem Austaßventit (10) für den Austaß von Druckluft aus dem Wirkungsraum (5) in die Umgebung (52) und 1. 3 einem Kolbensystem (20), das mit dem Ein und dem Auslaßventil derart ver bunden ist, daß es bei einer Bewegung in eine erste Richtung das Einlaßventil (1) und bei Bewegung in die entgegengesetzte Richtung das Austaßventi ! (10) öffnet, wobei das Kolbensystem (20) auf einer Kolbenstange (68) umfasst : 1. 4 einen ersten Kolben (22), der in einem ersten Zylinder (32) angeordnet ist, so daß der Zylinder in zwei Räume (42,44) unterteilt wird, wobei der auf der ei nen Seite des Kolbens gelegene erste Raum (42) einen ersten Ansch) uß auf weist, der mit dem Wirkungsraum (5) verbunden ist ; sowie der zweite Druck raum (44) einen zweiten Anschluß (60) für einen Steuerdruck, wobei der dritte Raum und der auf der anderen Seite des Kolbens gelegene vierte Raum je weils mit Bohrungen verbunden sind, von denen eine mit dem Druckluftan schluß für den Steuerdruck und die andere mit der Umgebung verbunden ist, und 1. 5 einen zweiten Kolben (24), der in einem zweiten Zylinder (34) angeordnet ist, so daß der zweite Zylinder (34) in zwei Räume (62,64) unterteilt wird ; sich der dritte Kolben in einem dritten Zylinder befindet, dessen auf der einen Seite des Kolbens getegener fünfter Raum mit einem Wegeventil verbunden ist, das den fünften Raum in einer Stellung mit einem variablen Druck, zum Beispiel dem Ausgangsdruck und in einer anderen Stellung mit einem Enttüftungsan schluß verbindet und dessen auf der anderen Seite des Kolbens gelegener Raum der vierte Raum ist.
2. Relaisventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß verzweigte Bohrungen zur Verbindung des dritten und des vierten Raumes mit dem Druckluftanschluß für den Steuerdruck beziehungsweise der Umge bung vorgesehen sind.
3. Relaisventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrungszweig vom dritten beziehungsweise vierten Raum am Druckluft anschtuß verschlossen ist.
4. Relaisventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrungszweig vom vierten beziehungsweise dritten Raum zur Umge bung verschlossen wird.
5. Relaisventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Druckluftanschlusses für den Steuerdruck zwei Anschlüsse für zwei Steuerdrücke vorhanden sind, wobei der erste Anschluß mindestens mit dem zweiten Raum und der zweite mit dem dritten oder vierten Raum verbun den ist.
Description:
Relaisventil für Druckluftbremssysteme von Schienenfahrzeugen Die Erfindung betrifft ein Relaisventil für Druckluftbremssysteme von Schienenfahr- zeugen mit einem Einlaßventil für den Einlaß von Druckluft aus einem Reservoir in einen Wirkungsraum und einem Auslaßventil für den Auslaß von Druckluft aus dem Wirkungsraum in die Umgebung und einem Kotbensystem, das mit dem Ein- und dem Austaßventii so verbunden ist, daß es bei einer Bewegung in eine erste Rich- tung das Einlaßventil und bei Bewegung in die entgegengesetzte Richtung das Auslaßventil öffnet.

Relaisventile sind Mengenverstärker. Ein Ein- und ein Ausgangsdruck können dabei sowohl gleich groß, als auch proportional oder auf sonstige Weise verschieden sein, wobei bestimmte Ausführungen auch mehrere umscha ! tbare Verhältnisse verwirkti- chen können. Sie werden auch als Druckumsetzer bzw. Druckübersetzer bezeichnet.

Die Druckübersetzer können mit Steuerventilen, die den Steuerdruck erzeugen, zu einem Steuerapparat vereinigt sein, wie beispielsweise in der EP-B-0 496 058 offen- bart, deren Inhalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird.

Betreffend Retaisventite, Druckübersetzer sowie deren Verwendung und Einbau in Druckluftbremssystemen von Schienenfahrzeugen wird auf"Bremsen für Schienen- fahrzeuge, Handbuch - Bremstechnische Begriffe und Werte, Knorr-Bremse AG, München, 1990" verwiesen, wobei der Offenbarungsgehalt dieser Schrift vollumfäng- lich in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird.

Druckübersetzer als spezielle Ausbildung eines Relaisventiles sind beispielsweise der Druckübersetzer DÜ24b sowie DÜ24f der KNORR-BREMSE AG, Mooacher-Str.

80, D-80809 München sowie die Druckübersetzer DUK 1.., DUK 3.., DUK 4.. der OERLIKON-KNORR EISENBAHNTECHNIK AG.

Die Druckübersetzer DÜ24 weisen drei Kolben auf, von denen zwei durch eine pneumatische Schaltung vom Ein- und Ausiaßventi ! abgekoppelt werden können. In Betriebszuständen, wo diese Kolben nicht abgekoppelt sind, tritt einer der Kolben auch nur dann in Verbindung mit dem Ein- und dem Auslaßventil, wenn einer von zwei abgeteilten Zylinderräumen mit dem Steuerdruck verbunden ist.

Diese Anordnung ist mit dem Nachteil verbunden, daß das Kolbensystem eine ge- teilte Kolbenstange mit einer mehrfachen Lagerung und Abdichtung enthätt, wodurch eine aufwendige Herstellung erforderlich ist und eine große Hysterese bei der Druck- regelung entsteht. Weiterhin ist die Anordnung mit dem Nachteil verbunden, daß die in den Wirkungsraum einsteuerbaren Drücke, soweit sie vom Vorsteuerdruck ver- schieden sind, durch Variation der Kotbengrößen nicht beliebig gewäh ! t werden können. Schließlich haben diese Relaisventile den Nachteil, daß sie im Moment der Verbindung des Kolbens mit dem Steuerdruck eine Rückwirkung auf diesen aus- üben, wodurch eine zusätzliche Regelungenauigkeit entsteht. Sotche Rückwirkungen entstehen immer dann, wenn es durch einen Umschaltvorgang, mit dem Ziel der Umstellung der Charakteristik des Gerätes, zu einer Änderung des dem Steuerdruk- kes zugeordneten Volumes und damit zu einer Expansion kommt. Die Relaisventile DUK weisen zwar eine gemeinsame Kolbenstange auf, besitzen jedoch den Nach- teil, daß aufgrund der Anordnung der Kolben und der zu ihnen führenden Drucktuft- verbindungen sich mit realisierbaren Kotbengrößen nicht beliebige Drücke einstelien lassen und das sich insgesamt ein aufwendiger Aufbau dadurch ergibt, daß diese Geräte zusätzliche Funktionen ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Retaisventit für Drucktuftbremssysteme von Schienenfahrzeugen anzugeben, mit dem die zuvor beschriebenen Nachteiie über- wunden werden können.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Kolbensystem des Relaisventils eine Kol- benstange mit drei Kolben aufweist, wobei sich der erste Kolben in einem ersten Zy- linder befindet, dessen auf der einen Seite des Kolbens gelegener erster Raum mit dem Wirkungsraum und dessen auf der anderen Seite gelegener zweiter Raum mit einem Drucktuftanschtuß für den Steuerdruck verbunden ist, und sich der zweite

Kolben in einem zweiten Zylinder befindet, dessen auf der einen Seite des Kolbens gelegener dritter Raum und dessen auf der anderen Seite des Kolbens gelegener vierter Raum jeweils mit Bohrungen verbunden sind, von denen eine mit dem Druck- tuftanschiuß, für den Steuerdruck und die andere mit der Umgebung verbunden ist und sich der dritte Kolben in einem dritten Zylinder befindet, dessen auf der einen Seite des Kolbens gelegener fünfter Raum mit einem Wegeventil verbunden ist, das den fünften Raum in einer Stellung mit einem variablen Druck, zum Beispiel dem Ausgangsdruck und in einer anderen Stellung mit einem Entluftungsanschluf3 ver- bindet und dessen auf der anderen Seite des Kolbens gelegener Raum der vierte Raum ist.

In einer vorteilhaften Ausführung des Relaisventiles ist vorgesehen, verzweigte Boh- rungen zur Verbindung des dritten und des vierten Raumes mit dem Drucktuftan- schluß für den Steuerdruck beziehungsweise der Umgebung gemeinsam in einem Gehäuse vorzusehen und je nach erforderlicher Variante den Bohrungszweig vom dritten beziehungsweise vierten Raum zum Druckluftanschluß und vom vierten be- ziehungsweise dritten Raum zur Umgebung verschlossen zu halten.

Auf diese Weise wird bei ansonsten baugleicher Ausführung erreicht, das die auf den zweiten und den dritten Kolben wirkenden resultierenden Kräfte in Betrag und Richtung geändert werden können, so daß sich die Varianten dadurch unterschei- den, daß die eine für die Erzeugung höherer Ausgangsdrücke (z. B. für Lokomoti- ven), die andere für niedrigere Ausgangsdrücke (z. B. für Wagen) geeignet ist.

Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das anstelle eines Druckluft- anschtusses für den Steuerdruck zwei Anschlüsse für zwei Steuerdrücke vorhanden sind, wobei der erste Anschluß mindestens mit dem zweiten Raum und der zweite mit dem dritten oder vierten Raum verbunden ist. Dadurch kann das Relaisventil durch zwei voneinander unabhängige Vorsteuerungssysteme vorgesteuert werden, zum Beispiel durch ein Druckluftsteuerungssystem und ein System der elektroni- schen Signalverarbeitung mit einem elektropneumatisch erzeugten Ausgangsdruck, welcher als der zweite Steuerdruck verwendet wird.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft beschrieben wer- den.

Figur 1 zeigt schematisch den Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Relaisventil.

Das in Figur 1 dargestellte Retaisventit umfaßt ein Einlaßventil 1 für den Einlaß von Druckluft aus einem Reservoir 3 in einen Wirkungsraum 5 sowie ein Auslaf3ventil 10 für den Auslaß von Druckluft aus dem Wirkungsraum 5 in die Umgebung 12 sowie ein Kolbensystem 20, mit einer Kolbenstange 68 und drei Kolben, nämiich einem ersten Kolben 22, einem zweiten Kolben 24 sowie einem dritten Kolben 26.

Die Kolben bewegen sich mittels gleitender oder Membrandichtungen dicht in ihnen jeweils zugeordneten Zylindern. So bewegt sich der erste Kolben 22 in einem ersten Zylinder 32, der zweite Kolben 24 in einem zweiten Zylinder 34 und der dritte Kolben 26 in einem dritten Zylinder 36. Durch den dichtenden Abschluß des Kolbens in den jeweiligen Zytinderräumen werden auf beiden Seiten des jeweiligen Kolbens Räume 42,44, 62,64, 72 ausgebildet.

Die Funktionsweise des Relaisventils ist wie folgt : Wird in das Retaisventit über die Bohrung 60 ein Steuerdruck eingespeist, so erzeugt dieser an den Kolben Kräfte, welche durch die erfindungsgemäße Verbindung der Räume untereinander und mit den Druckiuftanschiüssen eine bestimmte Resultie- rende bilden. Durch diese wird das Kolbensystem 20 in Richtung des Einlaßventils 1 bewegt und dieses geöffnet. Dadurch strömt Druckluft aus dem Reservoir 3 in den Wirkungsraum 5. Mit zunehmendem Druck im Wirkungsraum steigt auch der Druck auf den Kolben 22 aus dem ersten Raum 42 an, bis am Kolben 22 ein Kräftegleich- gewicht herrscht und das Kolbensystem 20 in eine Abschtußstettung zurückkehrt, in der sowohl das Einlaßventil 1 als auch das Auslaßventil 10 geschlossen sind.

Bei Verminderung des Steuerdrucks bewegt sich das Kolbensystem 20 nach links, worauf sich das Ausiaßventit 10 öffnet und der Druck im Wirkungsraum 5 durch Ent-

! üftung über eine Enttüftungsbohrung 50 vermindert wird, bis wiederum das Kräf- tegleichgewicht am Kolbensystem 20 erreicht ist, welches zur Abschtußstettung führt.

Da das Kräftegleichgewicht für den sich einstellenden Druck in Wirkungsraum 5 ver- antwortlich ist, gilt bei folgenden Bezeichnungen : C Druck im Wirkungsraum 5 Cv Steuerdruck Fc Resultierende der Kräfte, die durch Belastung von Kolbenflächen mit dem Druck C entstehen Fcv Resultierende der Kräfte, die durch Belastung von Kolbenfiachen mit dem Druck Cv entstehen.

C/Cv=Fcv/-Fc(Fcv>0, Fc<0) das heißt, das Verhältnis des Druckes im Wirkungsraum 5 zu seinem Steuerdruck läßt sich dadurch wie gewünscht beeinflussen, daß die den Drücken zugeordneten Kolbenflächen entsprechend gewählt werden. Hierbei ist zu unterscheiden zwischen einer Auswahl der Drücke, die durch die in das Gerät eingebauten Kotbengrößen festgelegt ist und der Möglichkeit, zwischen verschiedenen Drücken bei einem Gerät mit bestimmten Kotbengrößen umzuschalten.

Zunächst soll die Wirkung der in das Gerät eingebauten Kotbengrößen weiter be- schrieben werden.

Der Steuerdruck gelangt über die verzweigte Bohrung 60 zum ersten Kolben 22 und gleichzeitig zum zweiten Kolben 24, welcher einen anderen Durchmesser als der erste Kolben 22 hat. Die vorliegende Beschreibung soll dabei sowohl die Möglichkeit umfassen, diesen Kolben von links aus dem vierten Raum 64 als auch von rechts aus dem dritten Raum 62 zu belasten, wobei der jeweils gegenüberliegende Raum über die Bohrung 70 entlüftet ist. Diese Auswahl wird durch Öffnung beziehungswei- se Verschluß der mit den Räumen 62 und 64 verbundenen Zweige der Bohrungen 60 und 70 erreicht, wobei ansonsten baugleiche Typenvertreter einer Gerätefamitie entstehen.

Der sich durch diese Ausführung einstellende Druck C im Wirkungsraum 5 ergibt sich durch Anwendung der oben stehenden Formel. Für die Bildung der Kräftesum- men werden dabei Kräfte unter Beachtung ihres Vorzeichens verwendet, wobei man zum Beispiel von links wirkende Kräfte als positiv, von rechts wirkende als negativ bestimmt.

Dies soll an Beispielen mit folgenden Bezeichnungen erläutert werden : A22 Kotbenfiäche des Kolbens 22 A24 Koibenfiäche des Kolbens 24 A26 Kolbenfläche des Kolbens 26 Bei Wirkung des Steuerdruckes im dritten Raum 62 zusätzlich zum zweiten Raum 44 gilt dann : Fcv = Cv * A22 -Cv * A24 (Fcv > 0).

Bei Wirkung des Steuerdruckes im vierten Raum 64 zusätztich zum zweiten Raum 44 gilt : Fcv = Cv * A22 + Cv * A24 -Cv * A26 (Fcv > 0).

Für Fc gilt : Fc = -C * A22 (Fc < 0).

An dieser Stelle ist erkennbar, daß sich durch Auswahl der Ko ! bengrößen und ihrer Belastungsrichtung durch den Steuerdruck beliebige Druckverhältnisse größer oder kleiner als 1 bilden lassen. Insbesondere lassen sich auch Druckverhältnisse bilden, die relativ nahe an 1 tiegen, weit nämtich durch die Wirkung des Steuerdrucks von rechts und von links kleine resultierende Koibenkräfte entstehen können, ohne dall dazu unpraktikabel kleine Kolben verwendet werden müssen.

Somit ist der entstehende Druck im Wirkungsraum durch die Ausführung des Gerä- tes vorbestimmt. Wie bei einem vorbestimmten Gerät der Druck im Wirkungsraum auf eine andere Größe umgeschaltet werden kann, wird im folgenden ebenfalls an- hand von Figur 1 beschrieben.

Der Vorgang läuft zunächst wie oben stehend beschrieben ab. Der fünfte Raum 72 ist dabei über eine Bohrung 82 mit einer Enttüftungsbohrung 86 verbunden, so daß dieser Raum drucklos ist. Dabei ergibt sich, wie bereits erläutert, eine Kraft Fc = -C * A22 (Fc < 0).

Die Verbindung der Bohrung 82 mit dem Entluftungsanschluf3 86 erfolgt dabei bei- spielsweise über den Kolben 87 eines Wegeventils, der durch einen über die Boh- rung 88 zugeführten Schattdruck in der dargestellten Position gehalten wird. Durch Entiüftung des Schaltdruckes wird sich der Kolben 87 in die untere Position bewegen und den fünften Raum über die Bohrungen 82 und 84 mit dem Wirkungsraum 5 ver- binden, so daß der Druck C jetzt, zusätzlich zum ersten Raum auch im fünften Raum wirkt. Dadurch ergibt sich für die Kraft Fc : Fc = C * A26 - C * A22 (Fc < 0).

Das sich hierdurch einstellende Druckverhäitnis C / Cv wird entsprechend der bereits erlauterten Formel C/Cv = Fcv/-Fc ist ein grof3eres, als es zunächst bei enttüfte- tem fünftem Raum bestand. Die Be- und Enttüftung des fünften Raumes kann, außer durch das hier beispielhaft beschriebene pneumatisch gesteuerte Wegeventil, auch durch andere, als einzelne Elemente bekannte Mittel, zum Beispiel durch ein Ma- gnetventil, erfolgen.

Abgeleitet von der oben stehend beschriebenen Grundvariante des erfindungsge- mäßen Retaisventiies kann eine Variante dadurch gebitdet werden, das wahlweise einzelne Zweige der Bohrungen 60 und 70 oder die Bohrung 82 nicht mit dem ge- nannten Steuerdruck, sondern mit einem zweiten Anschluß für den Steuerdruck für einen zweiten Steuerdruck Cv2 verbunden werden. Bei prinzipiell gleicher Wir- kungsweise ergibt sich hierdurch die Möglichkeit, den Druck C im Wirkungsraum in Abhängigkeit von zwei Steuerdrücken zu bilden, was durch die Gleichung C = (Cv * Acv + Cv2 Acv2)/Ac beschrieben wird, wobei Ac, Acv und Acv2 jeweils die Sum- men der durch die Drücke C, Cv und Cv2 belasteten Kolbenflachen sind, die unter Beachtung ihrer Orientierung mit Vorzeichen addiert werden.

Diese Variante ist vorteilhaft insbesondere dann anzuwenden, wenn das Relaisventil durch zwei voneinander unabhängige Vorsteuerungssysteme vorgesteuert werden

soll, zum Beispiel durch ein Druckluftsteuerungssystem und ein System der elektro- nischen Signalverarbeitung mit einem elektropneumatisch erzeugten Ausgangs- druck, weicher ais der zweite Steuerdruck verwendet wird.

Bezugszeichenliste: 1: Einlaßventil 3: Reservoir 5 : Wirkungsraum 10: Auslaßventil 12 : Umgebung 20: Kolbensystem 22: erster Kolben 24: zweiter Kolben 26: dritter Kolben 32 : erster Zylinder 34 : zweiter Zylinder 36: dritter Zylinder 42 : erster Raum 44 : zweiter Raum 46: Druckfeder 50: Auslaß 60: Bohrung 62 : dritter Raum 64 : vierter Raum 68 : Kolbenstange 70: Bohrung 72: fünfter Raum 80: 2/3-Wegeventil 82: Bohrung 84 : Bohrung 86: Bohrung 87: Kolben