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Arbeitszylinder für Druckluftanlagen, insbesondere
Druckluftbremsanlagen in Kraftfahrzeugen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Arbeitszylinder für Druckluftanlagen, insbesondere Druckluft- bremsanlagen in Kraftfahrzeugen, der durch zwei hintereinander angeordnete und entgegen einer ge- meinsamen Rückführfeder auf ein gemeinsames Übertragungsmittel wirkende Arbeitskolben in zwei
Druckräume unterteilt ist, die aus voneinander getrennten Leitungskreisen gespeist werden und von denen der erste zwischen dem Zylinderboden und dem nächstliegenden Arbeitskolben und der andere zwischen den beiden Arbeitskolben liegt.
Es sind schon Zweikreis-Druckluft-Bremsanlagen mit einem zwei Kolben aufweisenden Bremszylinder in der erwähnten Art bekannt. Dort ist aber der Zylinder umständlich aufgebaut und trotzdem nur so eingerichtet, dass die beiden Druckluftzuleitungen unmittelbar von verschiedenen Enden des Zylinders her in zwei getrennte Arbeitsräume münden. Das hat aber den Nachteil, dass die Luftftihrungen im Zylinder selbst nicht mehr zu überwachen sind und mindestens eine Zuleitung beweglich z. B. ein.
Schlauch sein muss. Dadurch ist es unmöglich, durch zylindereigene Mittel den Arbeitszylinder bei Leitungsausfall mit einfachen Mitteln immer einsatzbereit zu halten.
Es ist auch schon ein Zweikolbenbremszylinder für Zweikreisbremsanlagen bekannt, der zwei feststehende Anschlüsse trägt. Der eine Anschluss ist zu diesem Zweck als Rohr ausgebildet und nimmt einen kolbenförmigen Schieber mit einer Dichtung auf, die sich zusammen mit dem Hauptbremskolben hinund herbewegen. Der dadurch erreichte Vorteil der Unbeweglichkeit des einen Luftanschlusses ist aiso erkauft durch einen zusätzlichen Rohrzylinder mit einem Kolben und einer Dichtung und durch einen schwer einzubauenden, um etwa die Hälfte längeren Bremszylinder.
All diese Nachteile sind gemäss der Erfindung dadurch behoben, dass beide Leitungskreise an voneinander getrennten Stellen der Zylinderwand unmittelbar in den ersten Druckraum münden und in der durch die Rückführfeder bestimmten Ruhelage des ersten Kolbens der erste Arbeitsraum durch Widerlager am Zylinderboden in zwei Teilräume unterteilt ist und durch von der Stellung dieses Kolbens beeinflusste Steuerglieder vorgesehen sind, durch die in der Ruhelage des Kolbens dieser nur auf einem Teil seiner Fläche einer Druckänderung aus dem ersten Leitungskreis aussetzbar ist und nach einem kurzen Steuerhub mit Hilfe eines Teils der Steuerglieder (Rückschlagventil) den zweiten Leitungskreis abschlie- ssen kann,
wogegen bei Ausfall des ersten Leitungskreises Druckluft aus dem zweiten Leitungskreis in den andern Teilraum über eine Durchtrittstelle im ersten Kolben in den zweiten Arbeitsraum gelangt, wo sie am zweiten Kolben in Richtung des Arbeitshubs und auf der Rückseite des ersten Kolbens entgegengesetzt dazu wirksam wird.
Dieser Aufbau ist bei reinen, von einem gemeinsamen Bedienungshebel aus steuerbaren Zweikreisanlagen vorteilhaft und kann auch in Fällen nützlich sein, in denen die einzelnen Leitungskreise von verschiedenen Stellen, bei Bremsanlagen beispielsweise von einem Fussbremsventil und einem davon getrennten Handbremsventil, aus versorgt werden. Die Erfindung bietet darüber hinaus noch den Vorteil. dass die Anlage nicht nur bei entstehendem Schaden am einen oder andern Zuleitungskreis, sondern auch bei Ausfall einer Kolbendichtung im Arbeitszylinder selbst noch voll wirksam bleibt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung an Hand einer Druckluftbremsanlage mit Zweikreis-Trittplattenbremsventil dargestellt, u. zw. zeigen : Fig. 1 eine Skizze der Gesamtbremsan-
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lage, Fig. 2 einen der Arbeitszylinder dieser Druckluftzweikreisbremsanlage im Schnitt, Fig. 3 eine
Einzelheit des Arbeitszylinders nach Fig. 2, in vergrössertem Massstab, Fig. 4 eine weitere Einzelheit des Arbeitszylinders nach Fig. 2, in vergrössertem Massstab.
In einer Druckluftanlage sind an einen Verdichter 1 über eine Leitung 2, eine Reifenfüllflasche 3, ein
Druckregler 4 und ein Zweiwegventil 5 angeschlossen. Über dieses Zweiwegventil und zwei daran an- geschlossene Leitungen 6/7 werden zwei Luftbehälter 8 und 9 einer Zwelkreisbremsanlage vom Verdichter 1 aus aufgefüllt. Die beiden Luftbehälter sind über Leitungen 10/11 an ein Zweikreisbremsventil 12 mit einer Betätigungsstange und zwei getrennten gleichartigen Steuerventilen angeschlossen. Die kon- struktiven Einzelheiten dieses Zweikreisbremsventils sind nicht gezeichnet. Das Zweikreisbremsventil 12 lässt beim Bremsen über die Leitungen. 13/14 und 15/16 Druckluft aus den beiden Luftbehältern 8/9 in den beiden Arbeitszylindern 17/18 wirksam werden. Dabei werden über die Gestänge 19/20 die Brem- sen eines nicht dargestellten Fahrzeugs betätigt.
Einer dieser Arbeitszylinder 17 ist im Schnitt in Fig. 2 dargestellt, und in dieser Figur ist zu erkennen, dass das Bremsgestänge 19 an eine Kolbenstange 21 angeschlossen ist und von ihr betätigt wird. Die Kolbenstange ist von einem Kolbenrohr 22 umgeben, das in einem Zylinderdeckel 23 geführt ist, an dem sich auch die Rückführfeder 24 abstützt. Auf der dem Deckel 23 gegenüberliegenden Seite ist der Arbeitszylinder durch einen Boden 25 geschlossen, der mit der Wand des Zylinders 17 aus einem Stuck hergestellt ist. In den Boden 25 ist ein Ringwulst 26 eingeprägt. Dieser Zylinderteil ist noch einmal in der Fig. 3 in vergrössertem Massstab dargestellt. Dort ist zu erkennen, dass der Ringwulst 26 verhältnismässig breit ist und zwei Nasen 27/28 hat, die mit einer Weichdichtung zusammenarbeiten, wie es später näher beschrieben werden soll.
Innerhalb des Ringwulstes 26 ist eine Öffnung im Zylinderboden 25 vorgesehen, die als Ventilsitz 29 ausgebildet ist. Eine andere Öffnung 30 ist als Anschluss für den Leitungskreis I bestimmt. Ein zweiter Anschluss 31 ist rohrförmig ausgebildet, über den Ventilsitz 29 gestülpt und am Zylinderboden 25 innerhalb des Ringwulstes 26 durch Schweissen oder Hartlöten befestigt. Dieser Anschluss 31 ist für den Leitungskreis II bestimmt. Die Achsen der Anschlüsse 30 und 31 liegen parallel zueinander.
In dem Arbeitszylinder sind hintereinander zwei Kolben 32 und 33 angeordnet, von denen der erste 32 dem Zylinderboden 25 unmittelbar gegenüberliegt und einen Arbeitsraum 35 zwischen sich und dem Zylinderboden einschliesst. Auf der diesem Raum 35 zugekehrten Seite des Kolbens 32 ist gegen- über dem Ringwulst 26 eine Weichdichtung 34 anvulkanisiert oder anderweitig befestigt, die mit dem Ringwulst zusammenwirkt und den Raum 35 in zwei Teilräume unterteilt. Der Kolben 32 trägt ausser - dem, wie besonders in Fig. 4 zu erkennen, an seinem Aussendurchmesser eine Kolbendichtung 36 - vorzugsweise einen O-Ring - die zwischen zwei Flanschen 37 und 38 in einer Kolbennut 32'angeordnet ist. Diese Flansche 37/38 sind verhältnismässig breit, und der Kolben 32 ist dadurch vor jedem Kippen und Verklemmen geschützt.
Des weiteren ist in der Mitte des Kolbens 32 ein Stössel 39 über einen spinnenartigen Teil 40 befestigt. Hinter diesem Kolben 32 liegt der zweite Kolben 33 und begrenzt einen zweiten Arbeitsraum 41. Der Kolben 33 trägt an seinem Aussendurchmesser eine dem Zylinderboden 25 zugekehrte Lippendichtung 42 und ausserdem eine mittig auf ihm angeordnete und dem Kolben 32 zugekehrte Ringdichtung 43. Er ist mit dem Kolbenrohr 22 fest verbunden und wird durch die Kraft der Rückführfeder 24 mit seiner Ringdichtung 43 dichtend oder zumindest drosselnd gegen den Kolben 32 gedrückt, wobei der letztere sich mit seiner Weichdichtung 34 an dem Ringwulst 26 des Zylinderbodens 25 anlegt.
Die Ringdichtung 43 und die Weichdichtung 34 sind in ihren Durchmessern derart aufeinander abgestimmt, dass die Ringfläche des äusseren Teils des'Arbeitsraumes 35 grösser ist als die wirksame Fläche des inneren Teils des Arbeitsraumes 41.
In der Ruhestellung hebt der Stössel 39 des Kolbens 32 einen Ventilteller 44 entgegen der Kraft einer im Vergleich zur Rückführfeder 24 schwachen Feder 45 von seinem Sitz 29 ab. Dabei wird die Weichdichtung verhältnismässig stark zusammengepresst, u. zw. ist das Mass, um das sich die Weichdichtung 34 zusammendrücken lässt, grösser als der Hub des vom Stössel 39 bewegten Ventiltellers. Dadurch ist erreicht, dass beim Einwirken von Druckluft von den Druckluftkreisen I und II das Ventil 29/44 schliesst, bevor die Weichdichtung 34 sich von dem Ringwulst 26 trennt. Der Hub, den der Kolben 32 von seiner Ruhestellung bis zum Abheben der Weichdichtung34 ausführt, ist im folgenden kurz"Steuerhub"genannt.
Die beschriebene Einrichtung wirkt wie folgt :
Sind beide Druckkreise I und II in Ordnung, so wird die Druckluft zuerst vom Druckkreis 1 her im äusseren Teil des Ringraumes 35 und vom Druckkreis II her im inneren Teil der Räume 35 und 41 wirksam. Die Ringdichtung 43 wirkt mit dem Kolben 32 derart zusammen, dass sie in der Ausgangsstellung der Kolben 32 und 33 die Verbindung der beiden Teilräume des Arbeitsraumes 41 nur drosselt. Dadurch ist erreicht, dass kurz nach dem Einsteuern der Druckluft vom Bremsventil her auch der äussere Teilraum des Arbeitsraumes unter Einfluss der Druckluft gelangt und dadurch die gesamte Kolbenfläche des
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Kolbens 33 wirksam wird.
Die Kraft der Rückführfeder wird überwunden, und der Kolben 33 beginnt sei- nen Hub, wobei ihm der Kolben 32 unter der Wirkung des Druckes im äusseren Ringraum 35 sofort folgt.
Trotzdem bleibt aber die Weichdichtung 34 während dieses ersten Teils des Steuerhubs des Kolbens 32 geschlossen. Der Ventilteller 44 bewegt sich in Richtung auf seinen Sitz und schliesst den Leitungskreis
II vom Arbeitszylinder ab. Dann trennt sich die Weichdichtung 34 von dem Ringwulst 26 am Boden des
Zylinders und lässt Luft von dem Leitungskreis I über die nun miteinander verbundenen zwei Teilräume des Arbeitsraumes 35 in den Arbeitsraum 41 vor den Kolben 43 gelangen. Der Kolben 32 hat damit seinen Steuerhub beendet und bleibt in dieser Lage stehen. Der Kolben 33 löst sich von dem Kolben 32 und macht den übrigen Teil seines Hubes allein.
Fällt der Leitungskreis I aus, so bleibt der Kolben 32 in Ruhelage am Zylinderboden 25, weil die wirksame Fläche des Kolbens 32 im inneren Teil des Arbeitsraumes 35 klein ist und der Druck aufseine entgegengerichtete, den Arbeitsraum 41 begrenzende grössere Kolbenfläche ihn am Zylinderboden fest- hält. Der ausgefallene Leitungskreis I ist dabei durch die Weichdichtung 34 vom Leitungskreis II abge- schlossen. Zum Betätigen des Bremsgestänges löst sich dann der Kolben 33 von dem Kolben 32 und macht den gesamten Hub allein.
Fällt der Leitungskreis II aus, so steigt der Druck im äusseren Teil des Arbeitsraumes 35 und ver- schiebt beide Kolben 32/33 gemeinsam. Das Ventil 44 schliesst den ausgefallenen Leitungskreis 11 ab.
Danach hebt sich der Kolben 32 mit seiner Weichdichtung 34 vom Ringwulst 26 ab und öffnet den Luft- durchgang in den Arbeitsraum 41. Nach diesem Steuerhub bleibt der Kolben 32 stehen. Der Kolben 33 löst sich dann von dem Kolben 32 und macht den übrigen Teil des Hubes allein.
Fällt die Dichtung 42 des Kolbens 33 aus, so bewegen sich zuerst beide Kolben gemeinsam, weil der Druck in dem äusseren Teilraum des Arbeitsraumes 35 grösser ist als der im inneren Teil des Ar- beitsraumes 41. Das Ventil 44 geht auf seinen Sitz 29 und schliesst den Leitungskreis II ab. Danach öff- net die Weichdichtung 34, und der Kolben 32 legt sich fest und dichtend an die Ringdichtung 43 an.
Beide Kolben machen ihren Hub gemeinsam.
Fällt die Dichtung 36 des Kolbens 32 aus, gibt es zwei Möglichkeiten :
1. Strömt viel Luft über die zerstörte Dichtung 36 des Kolbens 32, so macht der Kolben 33 seinen gesamten Hub allein, ohne dass das Ventil 44/29 schliesst.
2. Strömt wenig Luft über die zerstörte Dichtung 36 des Kolbens 32, so führt der Kolben 32 seinen Steuerhub aus, das Ventil 44/29 schliesst und dann löst sich der Kolben 33 von dem Kolben 32 und macht seinen Hub allein.
Wenn es der Einbau des Zylinders erfordert, kann der Arbeitszylinder auch derart ausgeführt sein, dass einer der Anschlüsse 30 oder 31 oder auch beide an irgend einer Stelle der Zylinderwand des Arbeitszylinders 17 ausserhalb des Zylinderbodens 25 angeordnet sind. Durch Leitungen oder Kanäle muss nur dafür gesorgt werden, dass die Druckluft von beiden Anschlüssen 30 und 31 in den Arbeitsraum 35 vor den Kolben 32 gelangt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Arbeitszylinder für Druckluftanlagen, insbesondere Druckluftbremsanlagen in Kraftfahrzeugen, der durch zwei hintereinander angeordnete und entgegen einer gemeinsamen Rückführfeder auf ein gemeinsames Übertragungsmittel wirkende Arbeitskolben in zwei Druckräume unterteilt ist, die aus voneinander getrennten Leitungskreisen gespeist werden und von denen der erste zwischen dem Zylinderboden und dem nächstliegenden Arbeitskolben und der andere zwischen den beiden Arbeitskolben liegt, dadurch gekennzeichnet, dass beide Leitungskreise (I, II) an voneinander getrennten Stellen (30,31) der Zylinderwand unmittelbar in den ersten Druckraum (35) münden und in der durch die Rückführfeder (24) bestimmten Ruhelage des ersten Kolbens (32) der erste Arbeitsraum (35) durch Widerlager (28) am Zylinderboden (25)
in zwei Teilräume unterteilt ist und durch von der Stellung dieses Kolbens (32) beeinflusste Steuerglieder (34, 43, 39/44/29) vorgesehen sind, durch die in der Ruhelage des Kolbens (32) dieser nur auf einem Teil seiner Fläche einer Druckänderung aus dem ersten Leitungskreis (I) aussetzbar ist und nach einem kurzen Steuerhub mit Hilfe eines Teils der Steuerglieder (Rückschlagventil 29/44) den zweiten Leitungskreis (II) abschliessen kann, wogegen bei Ausfall des ersten Leitungskreises (I) Druckluft aus dem zweiten Leitungskreis (II) in den andern Teilraum über eine Durchtrittstelle (40) im ersten Kolben (32) in den zweiten Arbeitsraum (41) gelangt, wo sie am zweiten Kolben (33) in Richtung des Arbeitshubs und auf der Rückseite des ersten Kolbens (32) entgegengesetzt dazu wirksam wird.