Sorozatunk mostantól rátér a légnyomásos fékszerkezetek tárgyalására és jó eséllyel egészen a befejezéséig meg is marad ezen a nyomon: ezek ugyanis azok a fékberendezések, melyeknek alaplogikája – az alkatrészek műszaki fejlődésétől eltekintve – mintegy 140 év óta gyakorlatilag változatlan maradt.Ha légnyomásos fékezéstechnikáról beszélünk, elsőként meg kell jegyeznünk az amerikai George Westinghouse (1846–1914) feltaláló-mérnök-nagyiparos nevét. Westinghouse érdeklődése fiatal mérnökként hamar a vasút felé fordult: első találmánya egy olyan berendezés volt, mellyel kisiklott kocsikat lehetett a sínekre visszahelyezni. Egy, a fék elégtelenségére visszavezethető ütközéses baleset megfigyelése után fordult meg a fejében a légnyomásos fék használhatósága kutatásának ötlete, majd néhány év múlva (1868) előállt az első, kísérleti, Westinghouse-elrendezésű nem önműködő légnyomásos fékberendezés vázlatával.
(forrás: Heller–Rosta: Vasúti fékberendezések szerkezete, üzeme, Budapest, 1983)
Az ábrán látható fékvezeték (3) a légkörivel azonos nyomás alatt áll, fékezéskor a mozdonyvezetői fékezőszeleppel (2) a légsűrítő felől nyomásnövekedést lehet benne előidézni, melynek hatására sűrített levegő kerül a fékhengerbe (4), mely a fékrudazaton keresztül felfekteti a kerékre a féktuskókat. A rendszernek része még egy tömlő a megfelelő csatlakozóval (5), továbbá a kocsi végén, a tömlőcsatlakozás előtt elhelyezett elzáró váltó is. Mivel a kocsik fővezetéki szakaszai ilyen módon egymással összeköttetésben állnak, a fék átmenő. Oldáskor a fékezőszelep a fékvezetéket ismételten a szabad levegővel köti össze, ilyenkor a fékhengerek a fővezetéken keresztül ürülnek.
A fenti konstrukció, annak ellenére, hogy működési elve igencsak kézenfekvőnek mondható, több olyan problémát is felvetett, melyek megoldása sürgető szükségszerűség volt. A legfontosabb, hogy a rendszer nem önműködő: világos, hogy ha vonatszakadás esetén a fékvezeték nyomása légkörire áll vissza, akkor a szétszakadt vonatrészek nem hogy nem fékeznek be, hanem az addig esetlegesen megvolt fékhatás is megszűnik bennük.
A fékezéshez szükséges sűrített levegő a fékvezetéken át kerül a fékhengerekbe, amely logikusnak tűnik, azonban egy hosszabb vonat esetében a vonat vége felé (a fokozatos nyomáskiegyenlítődés, „nyomásfogyás” miatt) már egyáltalán nem ugyanolyan mértékű fékhatás alakul ki, illetve kérdéses, hogy fékhatás egyáltalán kialakul-e. Másfelől ez a jelenség balesetveszélyes is, mivel a nem (eléggé) fékező vonatvég rátorlódik a vonat elejére, illetve nem lehetséges a kocsik fékhengereinek azonos ütemben történő töltése és ürítése.
Az eredeti Westinghouse-elrendezésű önműködő, átmenő légnyomásos fék vázlata
(forrás: Wikipedia)
(forrás: Wikipedia)
A fenti dilemmák hatására Westinghouse 1872-ben előállt az önműködő légnyomásos féknek fent látható, az 1868-as változathoz képest tökéletesített alapmodelljével, mely – túlzás nélkül – forradalmasította a fékezéstechnikát. Egyszerűsége és zsenialitása miatt a mai napig a Westinghouse-féle alapelrendezés a legelterjedtebb a vasúti fékezés területén. Westinghouse-nál nyerték el a későbbi jelentőségüket az olyan alkatrészek, mint a kormányszelep, fővezeték, segédlégtartály, vagy a „valódi” mozdonyvezetői fékezőszelep.
Az önműködő, átmenő, légnyomásos fék oldott és fékezett állásai
(forrás: Heller–Rosta: Vasúti fékberendezések szerkezete, üzeme, Budapest, 1983)
(forrás: Heller–Rosta: Vasúti fékberendezések szerkezete, üzeme, Budapest, 1983)
A főlégtartályban (1) tárolt sűrített levegő a fékezőszelephez (2) jut, melynek feladata a fővezeték (3) és az azzal kapcsolatban álló terek feltöltése (a rendszer oldott állapotában általában) 5 bar névleges nyomásra. A fékhatás a fővezeték nyomásának csökken(t)ésével, a nyomáscsökkenés ütemének mértékében jelentkezik. A kormányszelepet a fővezeték nyomásváltozásai vezérlik: feladata, hogy a levegő útját irányítsa, attól függően, hogy fékezni, vagy oldani kell. A fékberendezések működtetéséhez szükséges sűrített levegő a kocsikon helyben, a segédlégtartályban (6) áll rendelkezésre. A segédlégtartály feltöltése a fővezetéken keresztül, a rendszer oldott állapotában történik (első feltöltéskor, vagy a fékezést követő utolsó oldáskor). Ekkor a kormányszelep a fékhengert (5) a szabad levegővel köti össze.
Knorr-gyártmányú egység-kormányszelep (KE 1)
(forrás: bremsenbude.de)
(forrás: bremsenbude.de)
Fékezéskor a fékezőszelepen keresztül sűrített levegőt bocsátunk a szabadba (4), a fővezeték nyomása tehát csökken. A nyomásváltozást érzékelve (annak ütemében és mértékében) a kormányszelep a segédlégtartályból sűrített levegőt bocsát a fékhengerbe, ilyenkor tehát a fékhengert nem a szabad levegővel, hanem a segédlégtartállyal köti össze.
Knorr gyártmányú mozdonyvezetői fékezőszelep (D12 típus)
(fotó: Nánási Zoltán)
(fotó: Nánási Zoltán)
Átmenő fék szabályozó karja, villamosfék-karral (mindkettő oldott állapotban), valamint a csak a mozdonyt fékező kiegészítő fék szabályozó karja (teljes fékezőállásban) DB 185 sor. villanymozdonyon. Az alsó, nagyobb mérőműszer (légfeszmérő) sárga mutatója a fővezeték nyomását mutatja (5 bar), a vörös a főlégtartályét (kb. 9,5–10 bar). A kisebb légfeszmérő mutatói forgóvázanként mutatják a fékhengernyomást (kb. 3,5 bar)
(fotó: Nánási Zoltán)
(fotó: Nánási Zoltán)
Oldáskor a fékezőszelepen keresztül a főlégtartályból ismét sűrített levegőt juttatunk a fővezetékbe, melynek nyomása a névleges értékre áll vissza. Ennek következtében a kormányszelep a fékhengert ismételten a szabad levegővel köti össze, mely így leürül. A kormányszelep egyúttal helyreállítja a fővezeték és a segédlégtartály közötti kapcsolatot, melynek során megtörténik a segédlégtartály újbóli feltöltése is, annak érdekében, hogy a következő fékezéshez szükséges sűrített levegő rendelkezésre álljon.
A főlégtartály-vezeték (HLBL) és fővezeték (HLL) tömlőcsatlakozása és elzáró váltója DB 189 sor. villanymozdony homlokfala alatt
(fotó: Nánási Zoltán)
(fotó: Nánási Zoltán)
Mivel a fővezetékben bekövetkező bármilyen nyomáscsökkenés rögtön fékhatás kialakulását idézi elő, ezért ha vonatszakadás esetén a fővezeték kiürül, akkor a fékhengerek feltöltődnek. Ugyanígy nyomás alá kerül a fékhenger akkor is, ha a vonatban kezdeményez valaki vészfékezést, vagyis a fővezetéket helyileg, egy vészfékszelepen keresztül üríti ki, anélkül azonban, hogy a vonat szétszakadna. A fék tehát önműködő: a rendszer megnyílása esetén a szétszakadt vonatrészeket automatikusan befékezi. Minthogy a fékezéshez szükséges levegőkészlet az egyes kocsikon áll rendelkezésre, a berendezés alkalmas hosszabb vonatok átmenő jellegű fékezésére is (7).
Mint említettük, a légfék alapelrendezése és működési logikája, valamint az alkatrészeiben bekövetkezett, mintegy 140 évre visszatekintő fejlődés garantálta a vonatok gyors és biztonságos megállítását, valamint olcsóságával és egyszerűségével hozzájárult a mindennapos üzemvitel sikeres lebonyolításához. Az „emberi tényező”, valamint a véletlenek összejátszása ellen azonban nem véd: mielőtt sorozatunk következő részeiben közelebbről megvizsgálnánk a légfék alkatrészeit, kis kitérő gyanánt egy tanulságos balesetről fogunk szólni.
Nánási Zoltán
Sorozatunk további részei ide kattintva olvashatók.
