Hamar adódott a felismerés, hogy a levegő csak akkor alkalmas fizikai értelemben vett munkavégzésre (és vezérlésre), ha egy dugattyú két oldalán (esetleg csővezetékben vagy más zárt helyen) a légköritől eltérő nyomást hozunk létre. A természetes nyomáskiegyenlítődés(re törekvés) során jelentkező munkavégzést aztán valamilyen, áttételként funkcionáló szerkezettel (fékrudazattal) fel lehet használni a járművek fékezésére. Nyilvánvaló az is, hogy a légköritől eltérő nyomás jelenthet a légköri nyomásnál kisebbet (légűr, ritkított levegő, vákuum), vagy nagyobbat (sűrített levegő).
Rövid kitérőként a mértékegységekkel kapcsolatban a következőket jegyezzük meg: a légköri nyomás mértéke 1 atm (atmoszféra). Az atmoszféra ugyan nem SI-mértékegység, de nemzetközileg ismert és elismert. 1 atm nyomás kb. 101 325 Pa (Pascal), mely Párizs szélességi körén, a tengerszinten mért átlagos légköri nyomás mértékének felel meg (tehát csak elég jó közelítéssel állandó érték). Minthogy a fékezés kapcsán a nyomásadatokat mindig bar-ban adjuk meg, a továbbiakban az 1 atm = 1 bar összefüggéshez fogjuk tartani magunkat, mely szintén csak elég jó közelítéssel igaz (1 atm = kb. 1,01325 bar), de ez az egyszerűsítés a számításainkat nagymértékben megkönnyíti majd.
Cikkünk tehát a légűrfékkel foglalkozik, azzal a konstrukcióval, mely a levegőt olyanképpen dolgoztatja meg, hogy azt ritkítja, és légköri állapotba történő kiegyenlítődésének nyomásfokozatait használja fel a fékrudazat feszítésére és a vonat fékezésére. A légűrfék esetében a legnagyobb létrehozható nyomáskülönbség a fentieknek megfelelően 1 bar: ennyi a különbség a légköri nyomás és a tökéletes vákuum, tehát anyagot egyáltalán nem tartalmazó tér között. Mivel ilyet eddig nem sikerült létrehozni, így erre inkább csak filozófiai fogalomként tekintünk, nem pedig realitásként.
A Hardy–Clayton-féle légűrfék elvi vázlata
(a szerző gyűjteményéből)
(a szerző gyűjteményéből)
Noha a légűrfékeknek több típusa alakult ki (Smith-, Hardy-, Clayton–Hardy-, Körting-féle fékek), ezek működési elve egyetlen egyszerű, elméleti alaptípusra vezethető vissza: a fékhengerben a dugattyú egyik oldalára légköri, a másikon annál kisebb nyomás hat. A légkörinél kisebb nyomású oldal nyomásváltozásai késztetik a dugattyút mozgásra, ezáltal a rudazaton keresztül fékezésre, vagy oldásra. Az elméletben előállítható legnagyobb nyomóerő 1 kg/cm2 értéknek felel meg (tökéletes vákuum), azonban ez a gyakorlatban általában nem több 0,5–0,7 kg/cm2-nél. (A lentebb is említett svájci vákuumfékes utasítás 520 mmHg [higanymilliméter] nyomáskülönbséget ír elő a légköri nyomáshoz képest, amely átszámítva Δp = 0,693 bar nyomásváltozásnak felel meg.)
Ahhoz azonban, hogy ez a légköri nyomáshoz képest nem túl jelentős mértékű eltérés olyan munkát tudjon kifejteni, mely már alkalmas a fék hatásos működtetésére, nagy felületű dugattyúra és nagy méretű fékhengerekre van szükség. („Ha belegondolunk, hogy az alkalmazott fékhengernyomás légnyomásos féknél 4 atmoszféra, vákuumféknél pedig 2/3 atmoszféra, adódik, hogy a vákuum-fék dugattyúátmérőjének két és félszer nagyobbnak kell lennie.”) Általánosságban elmondható a légűrfékről, hogy az a légnyomásos fékszerkezetekhez képest nagyobb alkatrészekből áll, és ez éppen azzal magyarázható, hogy a légűr csak nagyobb felületen képes nagyobb munkát végezni.
A légűrfék átmenő fék, kiépítése típusától függően pedig lehet önműködő (kétkamrás, „automatikus vákuumfék”), vagy nem önműködő is. A fékberendezést oldáskor nem feltöltik, hanem kiürítik, a légritka teret gőzmeghajtású, vagy motoros légritkító állítja elő, a fékezéshez pedig speciálisan kialakított fékezőszelepet használnak.
A vákuumfékkel (légűrfékkel) felszerelt kocsik azonnal felismerhetőek a végükön lévő levegős csatlakozások (tömlők) jellegzetesen vastag, bordázott kialakításáról (a légnyomásos fékes kocsik tömlői sima felületűek, keskenyebbek és lefelé „lógnak”). „Összehasonlítva a nem automatikus (…) légnyomásos féket és a nem automatikus vákuum-féket, szerkezeti összeállítás tekintetében nem látunk nagy eltérést. Minden kocsin van egy fővezeték és egy [Hardy rendszerében függőleges, a Westinghouse-típusnál vízszintes állású] fékhenger. Vákuumfékeknél kezdetben általában kaucsuktömlőt, vagy bőrlemezt alkalmaztak, azonban áttértek a vasúti üzemben inkább alkalmas dugattyús megoldásra.” Itt jelent meg továbbá a „funkciós szelep” (kormányszelep) is, melyről később részletesen beszélünk.
A különböző vákuumfékek használata elsősorban Németországban (a XX. sz. első harmadáig, de nosztalgia-kocsikon, különvonatokon a mai napig), Ausztriában, az USA-ban, valamint Angliában és egykori gyarmatain volt elterjedt. Érdekesség, hogy Anglia vasútja egészen az 1970-es évekig vákuumféket használt: a szigetországgal bonyolított forgalomban csak olyan kontinentális kocsi vehetett részt, amelyen a légnyomásos mellett légűrfék is volt (csak 1969-ben vezették be a nagyérzékenységű Westinghouse P4 – légnyomásos – fékcsaládot). Hogy a „légnyomásos kontra légűr-harc” mennyire nem dőlt el a XX. század első harmadában sem: Ausztria még 1917–1918-ban is a Hardy-féle légűrféket támogatta, de a légnyomásos fék ügyének kétségkívül nagy lökést adott, hogy Németország 1918-ban megkezdte a Kunze–Knorr tehervonati légnyomásos fék bevezetését, ezzel egyszer s mindenkorra meghatározva a közép-európai fejlődés fő irányát (ennek hatására később Ausztria is „kapitulált”).
A Rhätische Bahn (Svájc) üzemében a légűrfék a mai napig fő üzemi fékberendezés, ezt azonban a vontatott állomány és a vezérlőkocsik esetében fokozatosan felváltja a vákuum-vezérelt légnyomásos fék (a kocsikba épített csúszásvédelem miatt). A szász kisvasutak vonalai mellett a svájci Matterhorn–Gotthard-Bahn, Montreux–Berner Oberland-Bahn és a Transports Publics Fribourgeois vonalain, és az osztrák Mariazellerbahn járművein is találkozhatunk még légűrfékkel.
Sorozatunk következő része a légnyomásos fékek alapmodelljével, valamint alapvető szerkezeti elemeivel foglalkozik majd.
Ahhoz azonban, hogy ez a légköri nyomáshoz képest nem túl jelentős mértékű eltérés olyan munkát tudjon kifejteni, mely már alkalmas a fék hatásos működtetésére, nagy felületű dugattyúra és nagy méretű fékhengerekre van szükség. („Ha belegondolunk, hogy az alkalmazott fékhengernyomás légnyomásos féknél 4 atmoszféra, vákuumféknél pedig 2/3 atmoszféra, adódik, hogy a vákuum-fék dugattyúátmérőjének két és félszer nagyobbnak kell lennie.”) Általánosságban elmondható a légűrfékről, hogy az a légnyomásos fékszerkezetekhez képest nagyobb alkatrészekből áll, és ez éppen azzal magyarázható, hogy a légűr csak nagyobb felületen képes nagyobb munkát végezni.
A légűrfék átmenő fék, kiépítése típusától függően pedig lehet önműködő (kétkamrás, „automatikus vákuumfék”), vagy nem önműködő is. A fékberendezést oldáskor nem feltöltik, hanem kiürítik, a légritka teret gőzmeghajtású, vagy motoros légritkító állítja elő, a fékezéshez pedig speciálisan kialakított fékezőszelepet használnak.
A Körting-féle vákuumfék mozdonyvezetői fékezőszelepje (fölötte a légnyomásos kiegészítő fék szabályozójával) a szász kisvasutak egyik keskeny nyomközű mozdonyán (99 715)
(forrás: www.saechsische-schmalspurfahrzeuge.de)
(forrás: www.saechsische-schmalspurfahrzeuge.de)
A vákuumfékkel (légűrfékkel) felszerelt kocsik azonnal felismerhetőek a végükön lévő levegős csatlakozások (tömlők) jellegzetesen vastag, bordázott kialakításáról (a légnyomásos fékes kocsik tömlői sima felületűek, keskenyebbek és lefelé „lógnak”). „Összehasonlítva a nem automatikus (…) légnyomásos féket és a nem automatikus vákuum-féket, szerkezeti összeállítás tekintetében nem látunk nagy eltérést. Minden kocsin van egy fővezeték és egy [Hardy rendszerében függőleges, a Westinghouse-típusnál vízszintes állású] fékhenger. Vákuumfékeknél kezdetben általában kaucsuktömlőt, vagy bőrlemezt alkalmaztak, azonban áttértek a vasúti üzemben inkább alkalmas dugattyús megoldásra.” Itt jelent meg továbbá a „funkciós szelep” (kormányszelep) is, melyről később részletesen beszélünk.
A RhB légűrfékkel felszerelt motorvonata a Bernina-vonalon, Pontresinában 2008-ban
(fotó: Magyarics Zoltán)
(fotó: Magyarics Zoltán)
A különböző vákuumfékek használata elsősorban Németországban (a XX. sz. első harmadáig, de nosztalgia-kocsikon, különvonatokon a mai napig), Ausztriában, az USA-ban, valamint Angliában és egykori gyarmatain volt elterjedt. Érdekesség, hogy Anglia vasútja egészen az 1970-es évekig vákuumféket használt: a szigetországgal bonyolított forgalomban csak olyan kontinentális kocsi vehetett részt, amelyen a légnyomásos mellett légűrfék is volt (csak 1969-ben vezették be a nagyérzékenységű Westinghouse P4 – légnyomásos – fékcsaládot). Hogy a „légnyomásos kontra légűr-harc” mennyire nem dőlt el a XX. század első harmadában sem: Ausztria még 1917–1918-ban is a Hardy-féle légűrféket támogatta, de a légnyomásos fék ügyének kétségkívül nagy lökést adott, hogy Németország 1918-ban megkezdte a Kunze–Knorr tehervonati légnyomásos fék bevezetését, ezzel egyszer s mindenkorra meghatározva a közép-európai fejlődés fő irányát (ennek hatására később Ausztria is „kapitulált”).
A Zermatt Bahn, Furka–Oberalp-Bahn (ma már együtt Matterhorn Gotthard Bahn) és az RhB közös utasítása a vákuumfék szerkezetéről és működéséről
(a szerző gyűjteményéből)
(a szerző gyűjteményéből)
A Rhätische Bahn (Svájc) üzemében a légűrfék a mai napig fő üzemi fékberendezés, ezt azonban a vontatott állomány és a vezérlőkocsik esetében fokozatosan felváltja a vákuum-vezérelt légnyomásos fék (a kocsikba épített csúszásvédelem miatt). A szász kisvasutak vonalai mellett a svájci Matterhorn–Gotthard-Bahn, Montreux–Berner Oberland-Bahn és a Transports Publics Fribourgeois vonalain, és az osztrák Mariazellerbahn járművein is találkozhatunk még légűrfékkel.
Az ÖBB 2095 sorozatú dízelmozdonya, jellegzetes vákuumfék-tömlővel
(forrás: Wikipedia)
(forrás: Wikipedia)
Sorozatunk következő része a légnyomásos fékek alapmodelljével, valamint alapvető szerkezeti elemeivel foglalkozik majd.
Nánási Zoltán
Sorozatunk további részei ide kattintva olvashatók.