mini|Steuerventil vom Typ KE 0 dv Die Knorr-Bremse mit Einheitswirkung (auch Knorr-Bremse der Einheitsbauart, Knorr-Einheitsbremse oder kurz KE-Bremse genannt) ist eine mehrlösige, unerschöpfbare, selbsttätig druckerhaltende und indirektwirkende Einkammer-Druckluftbremse mit einer Dreidrucksteuerung für Schienenfahrzeuge. Sie wurde 1953 zugelassen und wird seitdem international eingesetzt.
Die sogenannte Einheitswirkung bedeutet, dass die Brems- und Lösezeiten unabhängig von der Größe der Bremszylinder sind. Bei den bisherigen Bremsbauarten mussten die Steuerventile aufgrund der unterschiedlichen Fahrzeugmassen und der entsprechend unterschiedlich großen Bremszylinder an die Größe der Bremszylinder angepasst werden. Durch den gleichen zeitlichen Bremszylinderdruckverlauf ergibt sich eine angemessene Laufruhe des Zuges.
Geschichte Nach dem Zweiten Weltkrieg wollte man die bis dahin in Deutschland für Neufahrzeuge eingesetzte Hildebrand-Knorr-Bremse (Hik-Bremse) weiterentwickeln. Das Ziel bestand darin, durch entsprechend leistungsfähige Bremssysteme Fortschritte in der Betriebsführung der Eisenbahnen zu ermöglichen, wie beispielsweise längere und schwerere Züge, höhere Fahrgeschwindigkeiten und höhere Nutzlasten der Wagen. Zusätzlich sollte durch ein Baukastenprinzip die Austauschbarkeit und Instandhaltung gewisser Bauteile vereinfacht werden.
Die Firma Knorr-Bremse entwickelte die KE-Bremse auf Basis umfassender Vorkriegsarbeiten. Die Deutsche Bundesbahn untersuchte sie eingehend auf einem Prüfstand von Knorr. Aufgrund der positiven Ergebnisse wurden die für die internationale Zulassung notwendigen Fahrzeuge ausgerüstet und zunächst in weiteren Stand- und Fahrversuchen erprobt. Zwischen dem 15. und 27. Juni 1953 führte die Deutsche Bundesbahn den Vertretern des V. Ausschusses (dem sogenannten Bremsausschuss) des Internationalen Eisenbahnverbandes (UIC) sowie der Technischen Einheit im Eisenbahnwesen die Probezüge vor. Dazu wurden Standversuche auf den Bahnhöfen Freiburg und Villingen sowie Fahrversuche in der Ebene auf der Bahnstrecke Mannheim–Basel im Abschnitt Freiburg–Offenburg und im Gefälle auf der Schwarzwaldbahn zwischen Sommerau und Hausach durchgeführt. Auf Basis dieser Versuche empfahl der Bremsausschuss die Zulassung der KE-Bremse für den internationalen Verkehr.
In der Folge setzte sich die KE-Bremse bis heute bei Neufahrzeugen in Deutschland, aber auch international, durch.
Konstruktionsstände Ab 1977 wurde ein neuer Konstruktionsstand mit dem Kennbuchstaben d ausgeliefert. Ältere Steuerventile können durch Austausch des Düsensatzes im Ausbesserungswerk auf diesen Stand umgebaut werden. Das Ventilgehäuse besteht nunmehr aus Aluminium. Die Beschleunigungseinrichtung wurde verbessert, der Höchstdruckbegrenzer neu konstruiert, und die Füllcharakteristik des R-Behälters wurde geändert, um ein besseres Löseverhalten und kürzere Lösezeiten bei langen Zügen zu erhalten.
Seit 2019 führte Knorr-Bremse die neu entwickelte Bremsventil-Plattform KEf ein, welche die bisherigen KE-Steuerventile ablösen soll. Der Konstruktionsstand f ist durch seine geänderte Bauweise tauglich für Niederflurfahrzeuge und hat eine Schnittstelle zur digitalen Erfassung von Pneumatik-Betriebsdaten. Ein mechanischer Einstellbereich reduziert die Variantenanzahl.
Aufbau
Allgemeines Die Drucklufteinrichtungen einer KE-Bremse eines Wagens besteht aus dem KE-Steuerventil in einer dem jeweiligen bremstechnischen Zweck entsprechenden Bauform sowie aus dem Vorratsluftbehälter (auch Hilfsluftbehälter oder Reserveluftbehälter genannt) und dem Bremszylinder bzw. den Bremszylindern.
Das KE-Steuerventil ist nach dem Baukastenprinzip aufgebaut und kann mit einer Steuerventilausführung alle vorkommenden Bremszylindergrößen abdecken. Im Vergleich zur Hildebrand-Knorr-Bremse ist die Anordnung der KE-Bremse einfacher, da die Hauptluftleitung ohne jede Abzweigung durch den Ventilträger führt und der Absperrhahn sowie der Luftfilter im Steuerventil angeordnet sind. Der Steuerbehälter ist am unteren Ende des Steuerventils angebracht, was eine kompakte Anordnung ermöglicht. Für die Instandhaltung kann das Ventil mit allen seinen Funktionsteilen gemeinsam ausgebaut und geprüft werden.
Im Gegensatz zu den bei älteren Bremsbauarten verwendeten Einpass- und Einschleifteilen wie Schieber, Kolbenringe, Metallstopfbuchsen und Kegelhähne kommen bei den KE-Steuerventilen Gummisitzventile, spannungslose Gummimembranen und Gumminutringe zum Einsatz. Dadurch vereinfachen sich einerseits die Fertigung und Instandhaltung und andererseits erhöht sich die Haltbarkeit der Ventile.
Baukastenprinzip Zur Anpassung der KE-Bremse an die verschiedenen betrieblichen Bedürfnisse – beispielsweise für Güterzüge, langsam- oder schnelllaufende Reisezüge sowie Triebwagen – können entsprechende Anbauteile an das stets gleichbleibende Einheitsgrundventil ergänzt werden. Es ist aber auch möglich, auf die Einheitswirkung zu verzichten, beispielsweise bei den Steuerventilen für Triebwagen (KET). Für die verschiedenen Ausführungsformen lassen sich folgende standardisierten Bauteile an das Grundventil ergänzen:
Absperrorgan Zugartenwechsel Relaisventil Steuerkammer Steuerventile für Fahrzeuge mit elektropneumatischer Bremse sind mit einer elektropneumatischen Steuereinheit ergänzt.
Dadurch ergeben sich eine Reihe verschiedener Bauformen des Steuerventils KE. Es gibt die Hauptbauformen:
KE 0: ohne Einheitswirkung KE 1: mit Einheitswirkung und Relaisventil KE 2: mit Einheitswirkung und regelbaren Relaisventil bzw. regelbaren Lastbremsventil
Diese Hauptbauformen gibt es jeweils in den Ausführungsformen:
a: Bremszylinderhöchstdruck 3,6 ±0,1bar bzw. bei KE 2 3,8 ± 0,1 bar, Bremszylinderfüllzeit in Stellung G: 30–40Sekunden b: Anderes Druck- und Zeitverhalten. Auch diese Steuerventile sind für den internationalen Verkehr zugelassen, wurden aber von deutschen Eisenbahnen nicht beschafft. c: Bremszylinderhöchstdruck 3,8 ±0,1bar, Bremszylinderfüllzeit in Stellung G: 18–30Sekunden. Steuerventile der Form c wurden von der Deutschen Bundesbahn nicht beschafft, man findet sie jedoch bei Fahrzeugen der Deutschen Reichsbahn.
Außerdem gibt es die einfacheren Sonderbaureihen KE T und KE G.
Übersicht Aus dem Baukastenprinzip ergeben sich unter anderem die folgende Ausführungsformen und Verwendungsmöglichkeiten für die Steuerventilbaureihe KE: +BauformEinheits-wirkungZugart-stellungHauptsächliche VerwendungAnbauteile BemerkungKE TohnePTriebfahrzeuge, PersonenwagenEinfachste Bauform, Absperrorgan ohne R-Füller. KE T ist für den Einsatz in Triebwagen optimiert (homogene Zugbildung, kurze Zuglängen) und hat gegenüber der Normalausführung verkürzte Anlege- und Lösezeiten. Das Steuerventil KE T entspricht deswegen nicht den UIC-Bedingungen für Bremsen im international freizügigen Einsatz.KE GGGüterwagenKE 0G und P oder
festgestelltTriebfahrzeuge, Güter- und PersonenwagenErweiterte Bauform mit Absperrorgan und R-FüllerKE 1mitGleiches Steuerventil für alle BremszylindergrößenKE 2 - ULPGüterwagen, TriebfahrzeugeSteuerventil für pneumatische Lastabbremsung, zweistufig, mechanisch oder pneumatisch gesteuert. Der Kennbuchstabe L steht für Lokomotivausführung. KE L ist ein reines Vorsteuerventil und ist darauf ausgelegt, dass in allen Bremsstellungen noch ein nachgeschalteter Steuerapparat den Cv-Druck ggfs. verändert. Das Zeitverhalten der Bremsstellung G wird bei der Lokomotivausführung – sofern benötigt – erst außerhalb des Steuerventils gebildet. Aus diesem Grund ist ein besonderer Überladeschutz durch ein zusätzliches Drosselrückschlagventil für die A-Kammer in Bremsstellung G erforderlich, um sicherzustellen dass das Steuerventil und der Steuerapparat hinreichend synchron arbeiten. Auch einige Güterwagen haben ein Steuerventil in Lokomotivausführung, so z. B. die sechsachsigen Erzwagen Faals 150.KE 2 - LKE 2 - ALGüter- und PersonenwagenSteuerventil für automatische pneumatische Lastabbremsung, kontinuierlich, mechanisch gesteuertKE 2 - ALPSteuerventil für automatische pneumatische Lastabbremsung, kontinuierlich, pneumatisch gesteuertKE 2 - ALDGüterwagen für SS-VerkehrSteuerventil für automatische pneumatische Lastabbremsung, kontinuierlich, zweimalige Anwendung des Bremszylinderdruckbereichs, pneumatisch gesteuert
Steuerventile mit Typschlüssel SL haben ein Schnelllöseventil (= automatischer Lösezug für die A-Kammer). Während die Deutsche Bundesbahn solche Steuerventile nur für Güterwagen beschaffte, wo sie zur Beschleunigung der Arbeitsabläufe an Ablaufbergen seit 1. Januar 1979 international zur Pflicht wurden, findet man Schnelllöseventile auch bei Reisezugwagen und Triebfahrzeugen der ehemaligen Deutschen Reichsbahn.
Bis 2019 wurden rund 500 Varianten an KE-Ventilen entwickelt.
Steuerapparate Der vom KE-Steuerventil ausgegebene Bremszylinderdruck Cv kann von einem nachgeschalteten Steuerapparat in vielfältiger Weise verändert werden, bevor er in die Bremszylinder gelangt. Dies wird bei Fahrzeugen mit Hochleistungsbremse (= Bremsstellung R) und Triebfahrzeugen genutzt. Bei letzteren besteht oftmals die Anforderung, die Druckluftbremse zu unterdrücken während eine verschleißfreie dynamische Bremse im Triebfahrzeug wirkt. Das genaue Verhalten des Steuerapparats wird durch den eingebauten Druckübersetzer bestimmt.
Der Steuerapparat KEs wird bei Wagen eingesetzt. Er ermöglicht eine zweistufige Regulierung des Drucks im Bremszylinder in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Zu diesem Zweck wird er aus dem ohne Einheitswirkung arbeitenden Steuerventil KE 0 und den folgenden für eine Hochleistungsbremse erforderlichen Anbauteilen kombiniert:
Vorsteuerventil (Steuerventil KE 0) Druckübersetzer R-Füllventil Schnellbremsbeschleuniger
Der Steuerapparat Tm für Triebfahrzeuge ist ähnlich aufgebaut wie KEs, hat aber zusätzlich eine Nachspeisung des R-Behälters aus der Hauptluftbehälterleitung.
Wirkungsweise Im Folgenden wird die Wirkungsweise des Steuerventils KE 1c beschrieben.
Das Dreidruckventil des KE-Steuerventils wird durch die Drücke der Steuerkammer, der Hauptluftleitung sowie des Vorratsluftbehälters beeinflusst. Sinkt der Druck in der Hauptluftleitung, übersteigt der Druck in der Steuerkammer den Hauptleitungsdruck. Dadurch öffnet das Dreidruckventil eine Verbindung, über die Luft aus dem Vorratsluftbehälter in die Cv-Kammer des Relaisventils strömen kann. Diese Verbindung bleibt geöffnet, bis die Summe aus Cv-Druck und Hauptleitungsdruck dem Druck der Steuerkammer entspricht. In diesem Zustand ist die eingestellte Bremsstufe im Dreidruckventil erreicht. Der in der Cv-Kammer anstehende Cv-Druck wirkt im Relaisventil auf die Ventilsteuerung und öffnet dort den Luftweg vom Vorratsluftbehälter zum Bremszylinder. Die Druckbeaufschlagung des Bremszylinders erfolgt so lange, bis dessen Druck dem Cv-Druck entspricht. Mit Erreichen dieses Druckgleichgewichts schließt das Relaisventil den Luftweg; die Bremsstufe ist damit auch im Relaisventil erreicht.
Die Auslösung eines Bremsvorgangs beruht somit auf der Druckdifferenz zwischen Steuerkammer und Hauptluftleitung. Die tatsächliche Bremskraft wird hingegen durch den Druckausgleich zwischen Bremszylinder und Cv-Druck bestimmt. Fällt der Druck im Bremszylinder unter den Cv-Druck, strömt Luft aus dem Vorratsluftbehälter nach. Dieser Vorgang wird als Nachspeisen des Bremszylinders bezeichnet. Nimmt dagegen der Cv-Druck ab, ermöglicht das Dreidruckventil ein Nachspeisen der Cv-Kammer, indem Luft aus dem Vorratsluftbehälter in die Cv-Kammer gelangt.