Die vorliegende Erfindung betrifft ein pneumatisches Steuerventil als Stellglied für eine geregelte Druckluftbeaufschlagung mindestens eines an einem Ventilgehäuse über einen C- Port anschließbaren Bremszylinders nach Maßgabe einer Druckdifferenz zwischen einem per S-Port zugeführten Steuerdruck und per A-Port zugeführten entgegengesetzt auf einen Steuerkolben wirkenden Referenzdruck, der im Zusammenwirken mit mindestens einer Druckfeder ein Doppelsitzventil betätigt, um entweder zur Entlüftung den C-Port mit einem O-Port oder zur Belüftung den C-Port mit einem R-Port zu verbinden, wobei mehrere zusätzliche mit dem Steuerkolben zusammenwirkende alternativ auswählbare C-Kolben zur Einstellung mehrerer Bremsdruckniveaus vorgesehen sind.

Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf den Schienenfahrzeugbau. Im Rahmen der bei Schienenfahrzeugen gewöhnlich zum Einsatz kommenden pneumatischen Bremsanlagen werden pneumatisch vorgesteuerte Steuerventile als Stellglieder eingesetzt. Die Stellglieder steuern je die Füllung der Hilfsluftbehälter oder Vorratsluftbehälter und regeln einen Bremszylinder- oder Vorsteuerdruck aus. Die vorliegende Erfindung ist den mehrlösigen Steuerventilen zugeordnet. Die Steuerventile für pneumatische Bremsanlagen sind je nach Einsatzzweck gewöhnlich kombiniert mit Höchstdruckbegrenzern,

Füllstoßschutz, Beschleunigungseinrichtungen und dergleichen. Ein Steuerventil bildet das zentrale Bremssteuerorgan jeder indirekt wirkenden selbsttätigen Einkammerdruckluftbremse, dessen Aufgabe darin besteht, in Abhängigkeit einer in der Hauptluftleitung herbeigeführten Druckänderung das Be- und Entlüften des angeschlossenen Bremszylinders entweder direkt oder als Vorsteuerdruck für ein zwischengeschaltetes Relaisventil zu steuern.

Aus der Produktbeschreibung„Lokomotiv-Steuerventile-Reihe LST100"

(Werkzeugmaschinenfabrik OERLIKON-BÜHRLE AG, Schweiz, Drucknr. WBQ 70059 DFE, Ausgabe 1982) geht ein gattungsgemäßes pneumatisches Steuerventil als Stellglied für eine pneumatische Bremsanlage hervor. Das Steuerventil umfasst einen durch die

Druckdifferenz zwischen Steuerdruck und Referenzdruck betätigbaren Steuerkolben, von dem aus eine hohle Kolbenstange ausgeht, die endseitig ein Doppelsitzventil zum Be- oder Entlüften eines am Steuerventil anschließbaren Bremszylinders aufweist, indem ein C-Port am Ventilgehäuse des Steuerventils zur Entlüftung mit einem O-Port oder zur Belüftung über einen R-Port mit einem Vorratsluftbehälter verbunden wird. Wird in der den Steuerdruck für den Steuerkolben bestimmenden Hauptluftleitung zum Zwecke einer Bremsung der Druck reduziert, so entsteht gegenüber dem Referenzdruck eine Druckdifferenz, welche den Druck der ebenfalls auf die Steuerkolben einwirkenden Druckfeder überwindet. In Folge dessen hebt die hohle Kolbenstange mit dem Belüftungsventilsitz ab, um Druckluft aus dem

Vorratsluftbehälter über das nunmehr geöffnete Einlassventil in den Bremszylinder zu leiten. Das Steuerventil umfasst weiterhin auch zwei axial beabstandet an der Kolbenstange angebrachte C-Kolben, welche hier als Membrankolben ausgebildet sind. In Wirkrichtung der auf den Steuerkolben über die Kolbenstange einwirkenden Druckfeder wirkt auch der aktuell anliegende Bremszylinderdruck auf diese C-Kolben.

Hat dieser Wert einen Druck erreicht, der zur auf den Steuerkolben wirkenden Druckdifferenz äquivalent ist, bewegt sich die Kolbenstange wieder so weit zurück, dass das Einlassventil in die Abschlussstellung gelangt. Durch stufenweises Herabsetzen des Hauptleitungsdrucks wiederholt sich dieser Vorgang bis zur Erreichung der Vollbremsung, so dass beliebige Bremsstufen erzeugt werden können. Über die beiden C-Kolben lassen sich also mehrere Bremsdruckniveaus realisieren. Daneben ist dem Steuerventil auch ein Höchstdruckbegrenzer zugeordnet, der im Prinzip nach Art eines Rückschlagventils funktioniert und in einem separaten Ventilgehäuseteil untergebracht ist. Die Druckmittelverbindung zum eigentlichen Steuerventil sowie zu den externen Anschlüssen erfolgt über einen diverse Druckmittelkanäle enthaltenen

Verteilerblock.

Nachteilhaft bei dem bekannten Steuerventil ist, dass sich mit den beiden C-Kolben auch nur zwei verschiedene Bremsdruckniveaus einstellen lassen, so dass dieses Steuerventil nur zwei verschiedene Lastzustände beherrschen kann. Ferner ist der Höchstdruckbegrenzer hier schaltungstechnisch recht kompliziert aufgebaut und nimmt in der Gesamtkonfiguration ein eigenes Ventilteil in Anspruch.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein pneumatisches Steuerventil der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass sich in konstruktiv einfacher Weise mehr als zwei Bremsdruckniveaus einstellen lassen.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem pneumatischen 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 an der das Doppel sitzventil des pneumatischen Steuerventils betätigenden Kolbenstange ein erster C-Kolben kleineren Durchmessers mit zugeordnetem Cl-Port beabstandet von einem zweiten C-Kolben größeren Durchmessers mit zugeordnetem C2-Port angeordnet ist, wobei ein erstes Bremsdruckniveau durch Beaufschlagung des ersten C-Kolbens mit Bremszylinderdruck, ein zweites

Bremsdruckniveau durch Beaufschlagung des zweiten C-Kolbens mit Bremszylinderdruck und ein drittes Bremsdruckniveau durch Beaufschlagung beider C-Kolben mit Bremszylinderdruck einstellbar ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass durch nur zwei C- Kolben drei verschiedene Bremsdruckniveaus einstellbar sind, also auf drei verschiedene Lastniveaus des Schienenfahrzeuges - wie leer, mittel beladen, voll beladen - bremstechnisch reagiert werden kann, um eine optimale Bremsung herbeizuführen. Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung ist es natürlich denkbar, durch entsprechende Vervielfältigung des Erfindungsgedankens eine entsprechend höhere Anzahl einstellbarer Bremsdruckniveaus zu realisieren. Da die Erfindung die Flächendifferenz der beiden C-Kolben zur Einstellung eines dritten Bremsdruckniveaus nutzt, kann ein ansonsten üblicher dritter C-Kolben eingespart werden, was insgesamt zu einem vereinfachten konstruktiven Aufbau des

Steuerventils führt.

Vorzugsweise ist zum Auswählen eines der Bremsdruckniveaus ein Umstellerventil zum Zu- und Abschalten einzelner Teilflächen der C-Kolben vorgesehen. Ein solches Umstellerventil lässt sich beispielsweise nach Art eines 3/3 -Wege- Schieber- Ventil ausbilden, welches die vorgenannte Schaltfunktion nach Maßgabe der Stellung eines innenliegenden Ventilschiebers realisiert. Zu diesem Zweck ist das Umstellerventil vorzugsweise eingangsseitig am C-Port zur Bereitstellung des Bremszylinderdrucks angeschlossen und die drei Schaltstellungen zur Umsetzung der drei Bremsdruckniveaus werden durch ausgangsseitigen Anschluss an den Cl-Port und C2-Port des Steuerventils hergestellt. Im Prinzip werden durch das

Umstellerventil verschieden große Wirkflächen der C-Kolben - inklusive einer Differenz- Ringfläche - ausgewählt, um eine ventilinterne Rückstellung für die verschieden großen Bremszylinderdrücke zu erreichen. Mit anderen Worten wird die Wirkfläche des sich aufbauenden Bremszylinderdrucks über das Umstellerventil durch Zu- und Abschalten einzelner Teilflächen in mehreren Stufen verändert. Die vorstehend beschriebene Wirkungsweis wird vorzugsweise durch eine spezielle konstruktive Anordnung und Beaufschlagung der C-Kolben erzielt, indem der Cl-Port des ersten C-Kolbens in derselben Wirkrichtung beaufschlagt wird, wie der über den S-Port zugeführte Steuerdruck den Steuerkolben beaufschlagt. Über den C2-Port wird der zwischen den beiden C-Kolben gebildete Raum beaufschlagt, wogegen an der verbleibenden Seite des zweiten C-Kolbens normaler Umgebungsdruck anliegt. Durch diese Kolbenkonfiguration sowie Druckluftbeschaltung wird ein kompakter Gesamtaufbau erzielt, der sich platzsparend innerhalb des Steuerventils integrieren lässt.

Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass zur

Höchstdruckbegrenzung des Bremszylinderdrucks in jedem der unterschiedlichen

Bremsdruckniveaus der Steuerkolben über eine Druckfeder mit der das Doppel sitzventil endseitig betätigenden und die C-Kolben tragenden Kolbenstange verbunden ist.

Vorzugsweise wird die diese gemeinsame Höchstdruckbegrenzung verwirklichende

Druckfeder in einem am Steuerkolben angeordneten Käfig untergebracht, so dass diese mit der Stirnseite am Steuerkolben zur Anlage kommt. Die andere Stirnseite der Druckfeder wirkt dagegen mit einer Anschlagplatte zusammen, von welcher die Kolbenstange ausgeht, und die sich in Richtung Doppel sitzventil zur Betätigung desselben erstreckt. Mit anderen Worten ist in den Kraftfluss zwischen Steuerkolben zum Doppel sitzventil die besagte Druckfeder in Reihe geschaltet und wirkt insoweit als Höchstdruckbegrenzer. Der Vorteil dieser Anordnung liegt insbesondere darin, dass zur Höchstdruckbegrenzung des Bremszylinderdrucks in den einzelnen Stellungen nur eine einzige Druckfeder erforderlich ist, die einfedert, sobald eine bestimmte Kraft von der Kolbenstange übertragen wird. Diese Kraft entspricht einer zur Vollbremsung benötigten Druckdifferenz des Steuerdrucks zum Differenzdruck am

Steuerkolben. In den unterschiedlichen Stellungen wird diese Kraft von unterschiedlichen Bremszylinderdrücken entsprechend dem Übersetzungsverhältnis Bremszylinderdruck /(Referenzdruck - Steuerdruck) eingestellt. Durch das Nachgeben der Druckfeder wird die Kolbenstange nach unten gedrückt und das Einlassventil des Doppelsitzventils trennt die Verbindung zwischen dem Vorratsdruck und dem Bremszylinderdruck. Damit kann der Bremszylinderdruck nicht weiter steigen. Die Wirkung der Höchstdruckbegrenzung ist damit nicht von der Schaltstellung des vorstehend erwähnten Umstellerventils abhängig sondern lediglich von der durch die Kolbenstange übertragenden Kraft und damit von der

Druckdifferenz zwischen Referenzdruck und Steuerdruck.

Gemäß einer diese Höchstdruckbegrenzung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass zusätzlich eine im Steuerkolben eingeschraubte Einstellschraube vorgesehen ist, die am steuerkolbenseitigen Ende auf die Druckfeder wirkt. Hierüber lässt sich die Druckbegrenzung manuell einstellen. Vorzugsweise ist die Einstellschraube von dem den Referenzdruck enthaltenen Raum des Ventilgehäuses her zugänglich, nachdem eine das Ventilgehäuse an dieser Stelle abdichtende Verschlusskappe entfernt worden ist. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, die Einstellschraube abgedichtet aus dem Ventilgehäuse heraus zu führen, um eine bessere Zugänglichkeit zu ermöglichen. Hierbei sind jedoch technische Maßnahmen zu ergreifen, die eine ungewollte Betätigung der Einstellschraube verhindern.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig.1 einen schematischen Längsschnitt eines pneumatischen Steuerventils mit mehreren C- Kolben, und

Fig.2 ein Diagramm zur Veranschaulichung mehrerer mit dem Steuerventil, nach Fig.1 einstellbarer Bremsdruckniveaus.

Gemäß Fig.1 ist innerhalb eines Ventilgehäuses 1 eines Steuerventils ein Steuerkolben 2 angeordnet. Der Steuerkolben 2 wird einerseits von einem per S-Port 3 zugeführten Steuerdruck und andererseits von einem per A-Port 4 zugeführtem entgegengesetzt wirkenden Referenzdruck beaufschlagt. Der zwischen dem Steuerdruck und dem Referenzdruck entstehende Differenzdruck wirkt als Kraft auf den Steuerkolben 2, der im Zusammenhang mit einer ebenfalls hierauf einwirkenden Druckfeder 5 ein Doppel sitzventil 6 betätigt. Zur Entlüftung eines an einen C-Port 7 des Steuerventils angeschlossenen Bremszylinders 8 verbindet das Doppelsitzventil einen mit der Umgebung verbundenen O-Port 9 mit dem C- Port 10. Zur Belüftung des über den C-Ports 10 angeschlossenen Bremszylinders 8 stellt das Doppel sitzventil 6 in einer anderen Schaltstellung die Verbindung mit einem R-Port 10 her, über welchen der Vorratsdruck zugeführt wird.

Räumlich zwischen dem Steuerkolben 2 und dem Doppel sitzventil 9 sind an einer dazwischen als Betätigungsorgan verlaufenden Kolbenstange 11 zwei einander beabstandet angeordnete C-Kolben 12a und 12b befestigt. Die beiden C-Kolben 12a und 12b werden über einen Cl- Port 13a bzw. C2-Port 13b mit Bremszylinderdruck beaufschlagt, um durch Einstellung eines Kräftegleichgewichts eine Rückstellung des Doppel sitzventil s 9 in die Abschlussstellung zu bewirken.

Die unterschiedlich großen C-Kolben 12a und 12b werden über ein Umstellerventil 14 derart mit Bremsdruckniveau beaufschlagt, dass einzelne Teilflächen der C-Kolben 12a und 12b zu- oder abschaltbar sind. Zur Einstellung eines ersten Bremsdruckniveaus wird der C-Kolben 12a mit Bremszylinderdruck beaufschlagt, indem über das Umstellerventil 14

Bremszylinderdruck auf den Cl-Port 13a gegeben wird. Ein zweites Bremsdruckniveau wird in analoger Weise durch Beaufschlagung des zweiten C-Kolbens 12b mit Bremszylinderdruck hergestellt. Ein drittes Bremsdruckniveau wird durch Beaufschlagung beider C-Kolben 12a und 12b mit Bremszylinderdruck eingestellt. Hierbei wird de facto die sich zwischen dem ersten C-Kolben 12a und dem zweiten C-Kolben 12b ergebende Differenzdruckfläche zur Wirkung gebracht. Dies wird erreicht, indem über den Cl-Port 13a der erste C-Kolben 12a in entgegengesetzter Richtung beaufschlagt wird, wie der über den S-Port 3 zugeführte Steuerdruck den Steuerkolben 2 beaufschlagt. Der C2-Port 13b dient dagegen der Beaufschlagung des zwischen den beiden C-Kolben 12a und 12b gebildeten Raums, um die vorstehend erwähnte ringförmige Wirkfläche zu nutzen. Die verbleibende Seite des zweiten C-Ko Ibens 12b ist mit dem Umgebung sdruck verbunden.

Zur Höchstdruckbegrenzung des Bremszylinderdrucks in jedem der vorstehend beschriebenen unterschiedlichen Druckbremsniveaus ist der Steuerkolben 2 nicht direkt mit der das

Doppel sitzventil 9 endseitig betätigenden und die C-Kolben 12a und 12b tragenden

Kolbenstange 11 verbunden, sondern indirekt unter Zwischenschaltung einer Druckfeder 15. Am Steuerkolben 2 ist ein Käfig 16 angeordnet, in dem die Druckfeder 15 untergebracht ist, so dass diese mit einer Stirnseite am Steuerkolben 2 über eine Einstellschraube 17 zur Anlage kommt. An der anderen Stirnseite der Druckfeder 15 ist eine Anschlagplatte 18 vorgesehen, die mit einem randseitigen Absatz des Käfigs 16 zur Bildung eines Endanschlags

zusammenwirkt und von der sich die Kolbenstange 11 aus in Richtung Doppelsitzventil 9 erstreckt.

Die vorstehend erwähnte Einstellschraube 17 ist in dem den Referenzdruck vom A-Port 4 enthaltenen Raum des Ventilgehäuses 1 untergebracht und von außen her über eine

Verschlussklappe 18 zugänglich, so dass hierüber eine manuelle Verstellung zur Justierung der Druckbegrenzung erfolgen kann.

Die Fig.2 verdeutlicht die mit dem vorstehend beschriebenen Steuerventil realisierbaren drei verschiedenen Bremsdruckniveaus. Auf der senkrechten Achse ist der Bremszylinderdruck C angetragen und der sich zwischen dem Steuerdruck S und dem Referenzdruck A einstellenden Differenzdruck ist an der waagerechten Achse angetragen. Je nach Einstellung E des

Steuerventils ergibt sich ein niedriger Bremszylinderdruck I, ein mittlerer

Bremszylinderdruck II sowie ein hoher Bremszylinderdruck III. Dabei setzt ab einer maximalen Druckdifferenz X die Höchstdruckbegrenzung H ein. Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, das Umstellerventil neben einem Schieberventil auch als Sitzventil auszubilden. Daneben lässt sich das erfindungsgemäße Prinzip auch auf die Einstellung mehrerer unterschiedlicher Bremsdruckniveaus abbilden.

Bezugszeichenliste

1 Ventilgehäuse

Steuerkolben

3 S-Port

A-Port

5 Druckfeder

6 Doppel sitzventil

7 C-Port

8 Bremszylinder

9 Doppelsitzventil

10 R-Port

11 Kolbenstange

12 C-Kolben

13 Cl/2-Port

14 Umstellerventil

15 Druckfeder

16 Käfig

17 Einstellschraube

18 Anschlagplatte

19 Verschlusskappe

I erstes Bremsdruckniveau

II zweites Bremsdruckniveau

III drittes Bremsdruckniveau

C Bremszylinderdruck

A Referenzdruck

S Steuerdruck R Vorratsdruck

O Umgebung sdruck

X maximaler Differenzdruck

H Höchstdruckbegrenzung

E Steuerventileinstellung