Wie Druckluftbremsen funktionieren

Bildergalerie: Bremsen Denken Sie, Sie könnten einen dieser bösen Jungs zur Not bewegen? Weitere Bremsbilder. Greg Pease / Getty Images

Stellen Sie sich vor, es ist Ihre erste Woche als Hafenarbeiter bei einer heruntergekommenen Spedition. Alle rennen herum und versuchen, die letzte Palette der Ladung auf der Rückseite eines riesigen Sattelzuges zu laden, der zur gegenüberliegenden Küste fährt. Plötzlich fordert Sie einer der Vorarbeiter auf, einen der Lastwagen aus dem Weg zu räumen, damit ein anderer Fahrer zum Ladedock zurückkehren kann. Vorausgesetzt, Sie wissen, wie man ein solches Fahrzeug fährt, fährt der Vorarbeiter weiter, aber Sie machen eine Pause - weil Sie es nicht tun.

Um den Höheren zu gefallen und die Tatsache zu ignorieren, dass Sie keinen LKW-Führerschein haben, steigen Sie in die Kabine, schließen die Tür und drehen den Schlüssel. Bevor der Dieselmotor anspringt, werden Sie von einem nervenaufreibenden Summer und einem blinkenden Licht auf dem Armaturenbrett überrascht. Sie zünden den Motor an, aber der Summer und das Licht erregen immer wieder Ihre Aufmerksamkeit.

Sie haben schon einmal einen Schalthebel gefahren, also denken Sie, Sie haben ihn abgedeckt. Trotz der sensorischen Überlastung schieben Sie die Kupplung ein, greifen nach dem Ihrer Meinung nach niedrigen Gang und lockern die Kupplung. Anstatt wie erwartet vorwärts zu taumeln, werden Sie mit einem heftigen Knall begrüßt, der Motor geht aus und Sie werden fast durch die Windschutzscheibe geworfen.

Sie starten den Motor neu, stellen fest, dass Sie den LKW in den falschen Gang geschaltet haben, und wählen aus, was Ihrer Meinung nach der richtige ist. Trotzdem verursachen der Summer und das Licht Chaos in der Kabine. Möglicherweise ist die Notbremse noch angezogen. Sie sehen keinen Bremsgriff oder Hebel, den Sie normalerweise in einem Auto sehen würden, also entscheiden Sie sich, die Kupplung einfach herauszulassen und erneut zu versuchen.

Sehr zu Ihrer Verlegenheit passiert dasselbe. Aus dem Augenwinkel sehen Sie denselben Vorarbeiter, der Sie von der Laderampe aus anbrüllt. Frustriert springen Sie aus dem Fahrerhaus und werfen verwirrt die Hände hoch, während der finstere Aufseher auf Sie zu läuft.

Willkommen in der Welt der Druckluftbremsen. In diesem Artikel erfahren Sie, wie Druckluftbremsen und ihre Komponenten funktionieren, wie ein Druckluftbremssystem gewartet wird und warum Sie diesen LKW nicht bewegen konnten. Als nächstes wollen wir sehen, wie George Westinghouse Sie in diese Situation gebracht hat.

Inhalt

1. George Westinghouse und Air-Brake Geschichte
2. Bremsen verstehen
3. Druckluftbremskomponenten in Lastkraftwagen und Bussen
4. Druckluftbremsen: Vorbeugende Wartung
5. Druckluftbremsdiagramm

Luft ist überall. Hydraulikflüssigkeit ist nicht. Züge, Busse und Sattelzugmaschinen verwenden Druckluftbremssysteme, damit sie nicht auf die Hydraulikflüssigkeit in Fahrzeugbremssystemen angewiesen sind, die im Falle eines Lecks ausgehen kann. Alle diese Transportarten werden durch schwere Passagier- oder Frachtladungen belastet, daher ist die Sicherheit von größter Bedeutung. Eine schnell fahrende Lokomotive, die auf hydraulischen Bremsen beruhte, würde sich in eine tödliche Stahlkugel verwandeln, wenn das Bremssystem plötzlich ein Leck zerstörte.

Vor den Druckluftbremsen verwendeten die Züge ein primitives Bremssystem, bei dem ein Bediener oder Bremser in jedem Wagen auf Signal des Zugleiters oder Ingenieurs eine Handbremse betätigen musste. Dieses ineffiziente manuelle System wurde durch ersetzt direkte Druckluftbremssysteme, die einen Luftkompressor verwendeten, um Luft durch eine Bremsleitung in Lufttanks an jedem Auto zu speisen. Als der Ingenieur diese Bremsen betätigte, füllte sich das Rohr mit Luft und drückte die Bremsen.

1869 erkannte ein Ingenieur namens George Westinghouse die Bedeutung der Sicherheit in der relativ neuen Eisenbahnindustrie und erfand die erste Dreifachventil Druckluftbremssystem für Triebwagen. Das System von Westinghouse funktionierte umgekehrt wie ein direktes Druckluftbremssystem. Das Dreifachventilsystem hat drei Funktionen erfüllt, daher der Name. Werfen wir einen Blick auf diese Funktionen.

1. Aufladen: Das System muss mit Luft unter Druck gesetzt werden, bevor sich die Bremsen lösen. Im Ruhezustand bleiben die Bremsen angezogen. Sobald das System seinen Betriebsdruck erreicht hat, sind die Bremsen gelöst und betriebsbereit.
2. Bewirbt sich: Wenn die Bremsen betätigt werden, nimmt der Luftdruck ab. Wenn die Luftmenge abnimmt, lässt das Ventil Luft in die Vorratsbehälter zurück, während sich die Bremsen in die angewendete Position bewegen.
3. Freigeben: Sobald die Bremsen betätigt sind und die Luft nach dem Bremsen entweicht, löst der erhöhte Druck die Bremsen.

Anstatt Kraft oder gerichtete Luft zu verwenden, um die Bremsen ähnlich wie Hydraulikflüssigkeit in unseren Autos zu betätigen, füllt das Dreifachventilsystem einen Vorratsbehälter und verwendet Luftdruck, um die Bremsen zu lösen. Mit anderen Worten, die Bremsen in einem Dreifachventilsystem bleiben vollständig angezogen, bis Luft durch das System gepumpt wird. Ziemlich genial, wenn man bedenkt, dass diese Art von System bei vollständigem Luftverlust die Bremsen betätigen und den Zug anhalten würde. Denken Sie daran, wenn Sie die Autobahn hinunterzoomen und das Bremspedal betätigen. Wenn die Bremsflüssigkeit Ihres Autos ausläuft, funktionieren Ihre Bremsen nicht.

Das Dreifachventilsystem ist das Grundkonzept heutiger Druckluftbremssysteme in Zügen, Bussen und Sattelzugmaschinen. Lassen Sie uns im nächsten Abschnitt die Gänge wechseln und lernen, wie Druckluftbremsen in Straßenfahrzeugen funktionieren

Ein außer Kontrolle geratener Zug hätte vermieden werden können

Am 27. Juni 1988 prallte ein Nahverkehrszug am Bahnhof Gare de Lyon in Paris in einen stationären Zug, wobei 56 Menschen getötet und 32 weitere verletzt wurden [Quelle: AP, National Geographic]. Die Katastrophe ereignete sich, nachdem eine Reihe von Fehlern den Zug mit einer stark reduzierten Bremsfähigkeit verlassen hatte. Nachdem ein Passagier beim Verlassen versehentlich die Notbremse gezogen hatte, schloss der Fahrer ein Bremsventil und dachte, das System habe eine Luftschleuse. Nachdem er die Luft aus dem System entlassen hatte, rollte der Zug frei, aber die verbleibenden Autos mit einem aufgeladenen System hatten nicht genug Bremskraft. In Panik konnte der Fahrer das elektrische Notbremssystem nicht aktivieren, und der Zug kollidierte mit einem ruhenden Zug am Bahnhof. Ohne einen mutigen Fahrer im stationären Zug, der bis zur Kollision blieb und die Evakuierung der Passagiere unterstützte, wäre die Zahl der Todesopfer viel höher gewesen [Quelle: AP, National Geographic]

Bevor wir uns mit Druckluftbremsen in Straßenfahrzeugen befassen, schauen wir uns an, wie die Bremsen in Ihrem Auto funktionieren. Jeder, der ein Auto gefahren ist, weiß, wann er oder sie das Bremspedal in Richtung Boden drückt, das Auto verlangsamt sich und hält schließlich an. Aber wie um alles in der Welt kann unser Fuß ein 1.361 kg schweres Auto aufhalten, das mit hoher Geschwindigkeit die Straße entlang fährt??

Lassen Sie uns zunächst die verschiedenen Arten von Bremsen diskutieren und dann die verschiedenen Komponenten untersuchen. Jedes rollende Fahrzeug, einschließlich Züge, Sattelzugmaschinen, Busse und Autos, enthält eine von zwei Arten von Systemen. Hydraulisch Bremsen, Verwenden Sie in leichten Lastkraftwagen und Personenkraftwagen Hydraulikflüssigkeit oder Öl, um die Bremsen zu betätigen. Druckluftbremsen, die wir im nächsten Abschnitt erläutern werden, verwenden Luft, um ihre Bremsen zu betätigen. Schauen wir uns die Unterschiede an.

In einem Hydrauliksystem wird Flüssigkeit in einem Reservoir gespeichert, das üblicherweise als a bezeichnet wird Hauptbremszylinder. Wenn Sie das Bremspedal betätigen, wird Flüssigkeit durch Bremsschläuche oder -leitungen in Kolben gepumpt, die an jedem Rad montiert sind. Diese Bremskolben drücken entweder gegen zwei Bremsbacken, die sich ausdehnen und Reibung in a verursachen Bremstrommel, oder gegen a Bremsklotz, die auf ein klemmt Bremsscheibe. Nachfolgend sind die Komponenten eines hydraulischen Scheibenbremssystems aufgeführt.

• Bremsbehälter: Enthält hydraulische Bremsflüssigkeit
• Hauptbremszylinder: Gerät, das die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter zu den im gesamten Fahrzeug verlaufenden Bremsleitungen pumpt
• Bremsleitungen: Geflochtene Gummi- oder Stahlschläuche, die vom Hauptbremszylinder zu jedem Bremssattel führen
• Bremssattel: Ein Stahlgehäuse, das an einem festen Punkt des Bremsrotors montiert ist und einen Kolben und Bremsbeläge enthält
• Bremskolben: Eine runde Stange, die sich ausdehnt und gegen einen Bremsbelag drückt, wenn Hydraulikflüssigkeit vom Hauptzylinder zugeführt wird
• Bremsklotz: Ein Metallträger mit einer halbmetallischen Auflage, die den Stahlrotor greift
• Bremsscheibe: Eine Stahlscheibe an jedem Rad und jeder Nabe, die die Bremsbeläge greifen, um zu verhindern, dass sich die Räder drehen

[Quelle: Bremsen]

Hier sehen Sie, wie einige der Teile in eine Scheibenbremse passen.

Vor den Scheibenbremsen waren die Autos auf Trommelbremsen angewiesen. Die Hauptmechanik war dieselbe, aber bei den Trommelbremsen wurden Bremsbacken verwendet, die in einer an der Nabe montierten Trommel gegenüber einem Rotor angebracht waren. Scheibenbremsen erhöhen die Bremskraft, da sie leichter gekühlt werden können und mehr Oberfläche zum Greifen haben. Außerdem wird Bremsstaub, der sich beim Verschleiß der Bremsbeläge bildet und die Bremsfähigkeit verringert, mit Scheibenbremsen leichter entlüftet als mit Trommelbremsen. Weitere Informationen zu Scheibenbremsen und Trommelbremsen finden Sie unter Funktionsweise von Scheibenbremsen und Funktionsweise von Trommelbremsen.

Nachdem wir die Grundlagen der Bremsen in Zügen und Autos verstanden haben, sprechen wir über die großen Rigs und Busse.

Diagramm der Druckluftbremskomponenten

Stiftung Bremsen sind die gebräuchlichsten Druckluftbremssysteme in Lastkraftwagen und Bussen und funktionieren genauso wie in Schienenfahrzeugen. Nach dem Dreifachventilprinzip sammelt sich Luft in den Bremsleitungen oder Luftleitungen und löst die Bremsen. Nahezu alle mit Druckluftbremsen ausgestatteten Straßenfahrzeuge haben eine abgestuftes Freigabesystem wo ein teilweiser Druckanstieg ein proportionales Lösen der Bremsen vorschreibt.

Die folgenden Komponenten sind exklusiv für ein Fundament-Druckluftbremssystem in einem LKW oder Bus:

• Luftkompressor: Pumpt die Luft in Lagertanks, die im Bremssystem verwendet werden sollen
• Luftkompressorregler: Steuert den Ein- und Ausschaltpunkt des Luftkompressors, um eine festgelegte Luftmenge im Tank oder in den Tanks aufrechtzuerhalten
• Luftbehälter: Halten Sie Druckluft oder Druckluft, die vom Bremssystem verwendet werden soll
• Ablassventile: Ventile in den Lufttanks lösen, mit denen die Luft abgelassen wird, wenn das Fahrzeug nicht benutzt wird
• Fußventil (Bremspedal): Beim Niederdrücken wird Luft aus den Vorratsbehältern abgelassen
• Bremskammern: Zylindrischer Behälter, in dem sich ein Gestängesteller befindet, der eine Membran oder einen Nockenmechanismus bewegt
• Druckstange: Eine Stahlstange ähnlich einem Kolben, der die Bremskammer mit dem Gestängesteller verbindet. Beim Niederdrücken werden die Bremsen gelöst. Wenn ausgefahren, werden die Bremsen betätigt.
• Gestängesteller: Ein Arm verbindet die Schubstange mit der Brems-Nocke, um den Abstand zwischen den Bremsbacken einzustellen
• Bremse S-Nocke: Ein S-förmiger Nocken, der die Bremsbacken auseinander und gegen die Bremstrommel drückt
• Bremsbacke: Stahlmechanismus mit einer Auskleidung, die Reibung gegen die Bremstrommel verursacht
• Feder zurückgeben: Eine steife Feder, die mit jedem der Bremsbacken verbunden ist und die Schuhe in die geöffnete Position zurückbringt, wenn sie nicht durch den S-Nocken oder die Membran gespreizt werden.

Im Leerlauf (Fuß von der Bremse entfernt und das Luftsystem des Fahrzeugs aufgeladen) überwindet der Luftdruck die Membran oder der S-Nocken befindet sich in der geschlossenen Position, was zu einem gelösten Bremssystem führt. Sobald Sie das Bremspedal betätigen, nimmt der Luftdruck ab, wodurch die S-Nocke gedreht und die Bremsbacken gegen die Trommel gespreizt werden. Der Kompressor füllt die Vorratsbehälter wieder auf und wenn Sie das Pedal einfahren lassen, steigt der Luftdruck wieder in den ursprünglichen Zustand zurück.

Notfall Druckluftbremse ergänzen Standard-Druckluftbremssysteme und können durch Drücken eines Knopfes am Armaturenbrett aktiviert werden (in der Nähe des mit dem Licht, das wir in der Einleitung gesehen haben). Bevor Sie ein Fahrzeug mit Druckluftbremse fahren können, müssen Sie den Notbremsknopf drücken, um das System mit Luft zu füllen. Solange das Notfallsystem unter Druck steht, bleibt die Notbremse frei. Wenn das System undicht ist, kann der Druck so weit abnehmen, dass die Notbremse angezogen wird. Darüber hinaus sind schwere Lastkraftwagen häufig mit einem ausgestattet Auspuffbremse Das unterstützt den Bremsprozess, hängt jedoch vom Motor ab, nicht vom Druckluftbremssystem.

Wir haben gelernt, wie Druckluftbremsen funktionieren. Schauen wir uns nun im nächsten Abschnitt an, wie eine Wartung einen Bremsausfall verhindern kann.

Was ist das für ein Geräusch?

Haben Sie sich jemals gefragt, warum Lastwagen und Busse diese lustigen Quietsch- und Zischgeräusche machen? Das Quietschen ist die Luft, die nach dem Bremsen entweicht, und das ppssss-Geräusch ist die automatische Sicherheitsventile umgehen Stellen Sie bei der Arbeit sicher, dass der Luftdruck auf dem richtigen Niveau bleibt. Da ein Hauptvorteil von Druckluftbremssystemen die Fähigkeit ist, Luft zum Betrieb zu verwenden, wird der Kompressor ständig ein- und ausgeschaltet, um die Vorratsbehälter mit Druckluft zu füllen. Wenn der Kompressor zu viel Luft aufbaut, öffnen sich die Ventile und erzeugen dieses laute Zischen.

Eine schlechte Wartung der Druckluftbremsen kann zu Unfällen führen. Andy Sacks / Getty Images

Jeder Staat in den USA hat spezifische Richtlinien für den Betrieb eines Fahrzeugs mit Druckluftbremsen. Die Tests zur Erlangung eines kommerziellen Führerscheins sind anspruchsvoll, ebenso wie die Schritte zur Wartung eines solchen Fahrzeugs. Hier sind einige Schritte, die Sie unternehmen sollten, bevor Sie sich auf den Weg machen:

• Stellen Sie sicher, dass der Mindestbetriebsdruck für Luftbremssysteme eines Fahrzeugs nicht weniger als 85 psi (Pfund pro Quadratzoll) für einen Bus und 100 psi für einen LKW beträgt.
• Stellen Sie sicher, dass es nicht länger als zwei Minuten dauert, bis der Luftdruck bei 600 bis 900 U / min von 85 psi auf 100 psi ansteigt. (Dies nennt man die Luftdruckaufbaurate.)
• Vergewissern Sie sich, dass der korrekte Druck des Trennreglers für den Luftkompressor zwischen 120 psi und 135 psi liegt. Der Einschaltdruck liegt 20 psi bis 25 psi unter dem Ausschaltdruck.

Sie sollten auch auf Wasser im Druckluftbremssystem achten, einem Nebenprodukt der kondensierten Luft. Druckluftbremsleitungen mögen kein Wasser, insbesondere in kälteren Klimazonen, in denen Eis die Luft daran hindern kann, den Bremsmechanismus zu erreichen, und das Rad blockieren kann. Um dieses Problem zu vermeiden, sind in vielen modernen Systemen in jedem Lufttank automatische Ablassventile installiert.

Luftkupplungen können ebenfalls ein Problem darstellen. Abgenutzte Gummidichtungen lassen Luft entweichen. Während der Kompressor ein kleines Leck überwinden kann, kann ein zu starker Betrieb der Kompressoren zum Ausfall führen. Wie wir erfahren haben, ist Luftverlust nicht unbedingt eine schlechte Sache, aber es bedeutet, dass Sie stecken bleiben. Für Lkw-Fahrer ist es wahrscheinlich nicht geplant, mitten auf einem Gebirgspass gestrandet zu sein.

Die Bremsempfindlichkeit, ein weiteres Nebenprodukt von Druckluftbremsen, kann insbesondere bei unerfahrenen Fahrern zu Unfällen führen. Druckluftbremssysteme sind für Fahrzeuge mit schweren Lasten ausgelegt. Haben Sie sich jemals gefragt, woher all diese doppelten Bremsspuren auf der Schnellstraße stammen? Das ist ein Produkt von leichten oder leeren Anhängern, die ihre Hinterräder blockieren. Die wahrscheinlich schlimmste Angst für einen Lkw-Fahrer ist das Jackknifing. Es ist nie gut, wenn sich das hintere Ende des Anhängers neben die Kabine schleicht. LKWs, die bei Regen und Schnee fahren, können leicht ein Messer schlagen, wenn zu viel Bremse betätigt wird.

Die meisten modernen Fahrzeuge mit Druckluftbremse verwenden a duales System. Im Wesentlichen haben solche ausgerüsteten Fahrzeuge zwei Systeme, falls eines ausfallen sollte. Antiblockiersysteme sind jetzt in Sattelzugmaschinen zu finden und funktionieren ähnlich wie ABS-Systeme in Personenkraftwagen.

Grundsätzlich sind Druckluftbremsen effizient und zuverlässig. Halten Sie jedoch nicht den Atem an, wenn Sie hoffen, sie bald in Ihrem Auto zu finden. Druckluftbremssysteme nehmen zu viel Platz und Aufmerksamkeit ein, um in Autos als praktisch angesehen zu werden. Schauen Sie sich einen Peterbilt-Truck an, der die Autobahn entlang schlendert. Haben Sie die großen Tanks gesehen, die sich hinter den Kraftstofftanks befinden? Versuchen Sie, einen Platz für diejenigen unter der Motorhaube eines Honda Civic zu finden.

Wenn Sie mehr über Druckluftbremsen erfahren und einige verwandte Artikel lesen möchten, lesen Sie die Links auf der nächsten Seite.

Eine schlechte Wartung führt zu einem außer Kontrolle geratenen LKW

Am 25. April 1996 kollidierte ein 1988er Mack-Zement-LKW mit einer kleinen Subaru-Limousine in Plymouth Meeting, Pennsylvania. Als sich der Fahrer des Zement-LKW einer Kreuzung am Ende einer Abfahrt näherte, versagten seine Bremsen und der LKW rollte hinein die Kreuzung, die den Subaru trifft und seinen Fahrer tötet. Das National Transportation Safety Board untersuchte den Vorfall und stellte mehrere Probleme mit dem LKW fest, insbesondere umgekehrte Bremsleitungen und einen Ausfall des Sekundärsystems. Aufgrund dieser beiden Probleme hatte der Lkw nur geschätzte 17 bis 21 Prozent seiner gesamten Bremsleistung. Leider hatte der Fahrer keine Ahnung, dass er einen Bremsfehler hatte. Eine schlechte Wartung führte zu einem sinnlosen Tod, der hätte vermieden werden können. [Quelle: NTSB]

Druckluftbremskomponenten

Lassen Sie uns nun die Teile zusammenfügen, um zu sehen, wie Druckluftbremsen insgesamt funktionieren. Dieses Diagramm bietet sowohl eine Nahansicht als auch ein Beispiel dafür, wo sich die Bremsen in Ihrem Fahrzeug befinden.

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Weitere großartige Links

• Das US National Transportation Safety Board
• Das US-Verkehrsministerium (DOT)

Quellen

• Associated Press. "Ein weiterer tödlicher Pariser Zugunglück." Die New York Times. 7. August 1988. (20. Mai 2008) http://query.nytimes.com/gst/fullpage.html?res=940DEFDA1638F934A3575BC0A96E948260
• California Department of Motor Vehicles. "California Commercial Driver Handbook Abschnitt 5: Druckluftbremsen." 1. Januar 2006. (21. Mai 2008) http://www.dmv.ca.gov/pubs/cdl_htm/sec5_a.htm
• Carly, Larry. "Bremse (Gerät)." MSN Encarta. 2008. (17. Mai 2008) http://encarta.msn.com/text_761555435___3/Brake_(device).html
• CDX Online eTextbook. "Bremssysteme." (24. Mai 2008) http://www.cdxetextbook.com/brakes/brakes.html
• CDX Online eTextbook. "Auspuffbremsen." (24. Mai 2008) http://www.cdxetextbook.com/brakes/brake/systems/exhaustbrake.html
• Connor, Piers R. Railroad.net. "Druckluftbremse." (18. Mai 2008) http://www.railroad.net/articles/railfanning/airbrakes/index.php
• National Geographic Channel. "Sekunden vor der Katastrophe; außer Kontrolle geratener Zug." (21. Mai 2008) http://channel.nationalgeographic.com/series/seconds-from-disaster/2389/Overview
• Nationaler Verkehrssicherheitsausschuss. "Autobahnunfallbericht PB97-916202." 17. Oktober 1997. (19. Mai 2008) http://ntl.bts.gov/lib/9000/9700/9762/HAR9702S.pdf
• San Diego Railway Museum. "Beschreibung und Geschichte der Zugluftbremse." (18. Mai 2008) http://www.sdrm.org/faqs/brakes.html
• Thomson, Clive. Kanadischer Underwriter. "Bremsen bei Ausfall der Druckluftbremse." Mai 2007. (20. Mai 2008) http://www.canadianunderwriter.ca/Issues/ISarticle.asp?id=187245&story_id=25097143856&issue=05012007&PC=