Tokammer trykkluftbremser

Tokammer trykkluftbremser ble brukt på norske jernbaner med 1067 mm sporvidde siden slutten av 1880-årene. På Setesdalsbanen brukes tokammerbremser fremdeles. Her er en artikkel om tokammerbremsenes utviklig og virkemåte. 

 Tokammerbremser system Carpenter brukes på Setesdalsbanens veterantog.

Tokammer bremsesylinder system Carpenter. Fra Enzyklopädie des Eisenbahnwesens, Urban & Schwarzenberg, 1912

Tokammer trykkluftbremser for jernbane ble funnet opp av den amerikanske jernbaneingeniøren Jesse Fairfield Carpenter omkring 1880-81. De tokammerbremsene han fant opp ble derfor hetende Carpenterbremser. Jesse Fairfield Carpenter oppholdt seg i Tyskland på denne tiden, da de prøyssiske jernbanene begynte å bruke Carpenterbremsene på sine hurtigtog tidlig i 1880-årene. Også andre fabrikanter som Schleifer, Lipkowski og Wenger laget tokammerbremser. Disse har noe forsjellig utforming, men prinsippet er det samme. Wengers tokammerbremser skilte seg ut fra de øvrige, noe vi kommer tilbake til.  

 

 Tokammerbremsens virkemåte. Løst brems øverst, tilsatt brems nederst. Forutsetningen for at dette systemet skal fungere er at overløpsgrubens tverrsnitt er mindre enn røret til hovedledningen. 

 

Carpenterbremser ble tatt i bruk på Vossebanen i midten av 1880-årene. I 1886 vedtok Stortinget å utstyre Rørosbanens nattog med Carpenterbremser. Tidlig i 1890-årene ble også persontogene på Vestbanene utstyrt med Carpenterbremser, og dette bremsesystemet ble standard på norske jernbaner med 1067 mm sporvidde. Carpenterbremsene var i bruk så lenge det fantes baner med 1067 mm sporvidde i ordinær drift i Norge. Setesdalsbanens veterantog bruker Carpenterbremser den dag i dag. 

 Schleifer tokammer bremsesylinder. Fra Enzyklopädie des Eisenbahnwesens, Urban & Schwarzenberg, 1912

Virkemåten

Tokammerbremsene er en forholdsvis enkel konstruksjon. I motsetning til enkammerbremsene har tokammerbremsene ingen styreventil mellom bremsesylinderen og den gjennomgående hovedledningen i toget. Hver vogn som har virksomme bremser har en eller to bremsesylindre. Hver bremsesylinder har to kamre som kalles kammer A og kammer B. Gjennom et rør er sylinderens B-kammer forbundet med den gjennomgående hovedledningen i toget. Mellom kammer A og B er en overløpsgrube som er åpen når stempelet er rett over den. På stempelstanga er det festet en stoppring som ligger an mot sylinderens ende i A-kammeret når stempelet er rett over overløpsgruben. Stempelet er fjærbelastet slik at det blir værende i denne stillingen når det ikke er trykkluft i sylinderen, eller når lufttrykket på begge sider av stempelet er like høyt.

Før togavgang fylles hovedledningen med trykkluft fra reservoaret og pumpa. Trykklufta strømmer inn i bremsesylinderens B-kammer. Gjennom overløpsgruben strømmer trykklufta inn A-kammeret, slik at trykket blir likt på begge sider av stempelet. Når bremsene skal settes til, senker føreren trykket i hovedledningen ved hjelp av førerbremseventilen. Dermed trykket i B-kammeret minke. Overløpsgruben har en mindre diameter enn ledningen som går fra hovedledningen til sylinderen. Derfor strømmer lufta raskere ut av B-kammeret til hovedledningen enn over overløpsgruben fra A-kammeret. Stempelet beveger seg slik at overløpsgruben stenges. Dermed er det ikke lenger forbindelse mellom A- og B-kammeret. Fjærkraften må ikke være større enn at den kan overvinnes når trykket i hovedledningen og B-kammeret senkes.

Stempelstanga er forbundet med bremseklossene. Jo mer trykket i hovedledningen senkes, desto større blir trykkforskjellen mellom A- og B-kammeret, og desto større bremsekraft oppnås. Dersom trykket reduseres ytterligere, vil bremsekraften øke tilsvarende. Når bremsene skal løses økes trykket i hovedledningen. Dermed vil trykket i B-kammeret øke, og trykkforskjellen mellom A- og B-kammeret reduseres. Stempelet vil da bevege seg mot løsestilling, og bremsekraften reduseres. Når bremsene er løst helt ut, vil det ikke lenger være trykkforskjell mellom kamrene. Stempelet vil stå i løsestilling, og overløpsgruben er åpen. Sylinderens A-kammer er utstyrt med en løseventil. Bremsen løses ved å slippe lufta ut av A-kammeret. På røret mellom hovedledningen og bremsesylinderen er en avstengingskran, slik at en bremsesylinder kan settes ut av funksjon uavhengig av de øvrige bremsesylindrene i toget.

Mellom vognene var hovedledningen forbundet med slanger som ble koblet sammen. Dersom det oppstår koblingsbrudd, vil også bremseslangene bli revet av og hovedledningen bli tømt for trykkluft. Dermed ville bremsene tilsettes automatisk. Personvognene ble også utstyrt med nødbremseventiler. Dersom bremsene av en eller annen grunn ikke skulle fungere, måtte konduktørene betjene skruebremsene etter fløytesignaler fra lokomotivet. 

Trykkluftpumper som brukes på Setesdalsbanens lokomotiver

Lokomotivenes utrustning  

På lokomotivet er det anbrakt ei dampdrevet trykkluftpumpe og en trykkluftbeholder.På norske jernbaner  var trykket i beholderen fastsatt til 6 kg/cm². I den første tiden ble det brukt trykkluftpumper som var plassert horisontalt. Disse hadde en sylinder for damp og en for komprimering av luft. Stemplene i sylindrene var forbundet med hverandre med stempelstanga. Da toglengdene økte klarte ikke disse pumpene å levere tilstrekkelig med trykkluft raskt nok. Derfor ble dobbeltpumper levert av New York Air Brake tatt i bruk. Begge dampsylindrene var likie store, men den ene luftsylinderen var dobbelt så stor som den andre. Luft ble komprimert i den store sylinderen og presset inn i den lille, der den ble ytterligere komprimert sammen med lufta som allerede var i den lille sylinderen. Fra den lille sylinderen ble trykklufta sendt til reservoaret.

Da Carpenterbremsene ble tatt i bruk i Norge måtte føreren sette i gang pumpa manuelt for å opprettholde trykket i beholderen. Etter hvert ble det montert en reguleringsventil på damprøret til luftpumpa. Ventilen var også forbundet med trykkluftbeholderen, og åpnet for damp til pumpa når trykket i beholderen sank under fastsatt nivå. Når trykket i beholderen nådde 6 kg/cm², ble damptilførselen stengt. Luftpumpa ble igangsatt og stanset automatisk under togets gang, og lokføreren behøvde ikke lenger å sette i gang og stanse luftpumpa manuelt.   

Fra beholderen ledes trykklufta gjennom en reduksjonsventil og førerbremseventilen til hovedledningen. Reduksjonsventilen sørger for at trykket i hovedledningen ikke overskrider fastsatt maksimalt trykk, i Norge 4 kg/cm². Førerbremseventilen har fire stillinger:

1: Løse/ladestilling. Luft slippes inn i hovedledningen for å fylle hovedledningen og bremsesylindrene med trykkluft før togavgang, samt når bremsene skal løses.

2: Kjørestilling. Det er en liten åpning i førerbremseventilen, slik at det slippes inn luft for å opprettholde trykket i hovedledningen og kompensere for mindre lekkasjer i bremsesystemet.

3: Midtstilling. Ingen åpning i førerbremseventilen til hovedledningen.

4: Bremsestilling. Luft slippes ut av hovedledningen for å tilsette bremsene.

Bremsesylinderen til lokomotivets drivhjulsbremser er en tokammersylinder uten overløpsgrube. Begge endene er forbundet med hovedledningen på hver sin side av førerbremseventilen. Under togets gang er trykket i begge kamrene likt (4 kg/cm²), og bremsene er løse. Ved bremsing blir som nevnt trykket i hovedledningen senket, og dermed synker trykket i sylinderens ene kammer. I det andre kammeret er trykket fremdeles 4 kg/cm².  Bremsene løses igjen når trykket i hovedledningen økes. Begge rørene til drivhjulsbremsesylinderen er utstyrt med avstengingskran.

 

Wengerbremsen

Wengers tokammerbremser skilte seg ut fra de øvrige tokammerbremsene. Den hadde en ventil montert på røret som grenet av fra hovedledningen og til sylinderens B-kammer. Når trykket i hovedledningen ble redusert, åpnet denne ventilen for forbindelse fra B-kammeret til fri luft. Dermed gikk trykkreduksjonen i B-kammeret raskere, og bremsenes gjennomslagshastighet økte. Når trykket i hovedledningen sluttet å synke, ble trykket i B-kammeret likt med trykket i hovedledningen. Da stengte ventilen for forbindelse til fri luft. Når bremsene skulle løses og trykket i hovedledningen ble økt, åpnet ventilen for forbindelse fra hovedledningen og til B-kammeret. Wengers tokammerbremser ble mye brukt på franske jernbaner. 

Wenger bremsesylinder. Fra Enzyklopädie des Eisenbahnwesens, Urban & Schwarzenberg, 1912

  

Fordeler og svakheter

Enkammerbremsene som ble produsert fra 1870-og 80-årene hadde den svakheten at de ikke kunne løses gradvis. Når enkammerbremsene ble løst tok det noe tid før hjelpeluftbeholderne på vognene var tilstrekkelig fylt med trykkluft til en ny bremsing. Tokammerbremsene kunne derimot løses gradvis, og umiddelbart etter at de var løst helt ut var det tilstrekkelig med luft i A-kamrene til en ny bremsing uten at bremsekraften ble redusert.

Tokammerbremsens største svakhet er at den er utmattbar. Dersom det oppstår lekkasje i A-kammeret under bremsing, er det ingen mulighet for etterfylling av trykkluft uten at bremsene løses helt. Under bremsing i lange fall er det en risiko for at trykket i A-kammeret langsomt kan reduseres, slik at trykkforskjellen mellom A- og B-kammeret til slutt blir utliknet.  

En annen svakhet er at tokammerbremsen har et forholdsvis høyt luftforbruk. For at fullbremsing skulle oppnås må bremseledningen tømmes helt for luft. Dette gjør at tokammerbremsen har en forholdsvis liten gjennomslagshastighet bakover i toget, og derfor er tokammerbremsene ikke så godt egnet for lange tog.