Dreiwegeventilvorrichtung für Druckmittelbremsanlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine Dreiwege ventilvorrichtung für Druckmittelbremsanlagvn.
Viele Jahre sind solche Ventile derart ausgeführt worden, dass die Reibung zwischen den in ihnen befindlichen beweglichen Teilen einen kleinen Wider stand gegen Bewegung durch Erschütterung und kleine Schwankungen der Regeldrücke schafft, was für das stabile Arbeiten des Ventils notwendig ist. Die Reibung ist jedoch veränderlich und infolge dessen in ihrer Wirkung zu einem gewissen Ausmass ungewiss.
Bisher ist die Verwendung eines Kolbens als das auf den Bremsleitungsdruck ansprechende Element und eines Schieberventils zur Herstellung der ver schiedenen Strömungsverbindungen hauptsächlich für den Reibungswiderstand verantwortlich gewesen. Es sind jetzt Ausführungen entwickelt worden, in denen der Kolben durch eine Membran und das Schieber ventil durch einzelne, elastisch aufsitzende Hubventile ersetzt sind, womit diejenigen Arten von Ventilen gemeint sind, bei denen das Verschlussglied relativ zu seinem Sitz zwecks öffnens angehoben werden muss, wenn auch nicht notwendigerweise in der senkrechten Richtung,
und bei denen entweder das Verschlussglied oder der Sitz oder möglicherweise beide eine elastische Sitzfläche haben. Diese Art der Entwicklung vermeidet in weitem Ausmass ein Einpassen und Warten durch Fachleute und ergibt daher einen billigeren Gegenstand. Ausserdem wird der Reibungswiderstand weitgehend beseitigt, so dass man sich auf ihn, wenigstens in bestimmten Arbeits zuständen des Dreiwegeventils, nicht mehr verlassen kann, um die erforderliche Arbeitsstabilität zu er zielen.
Es ist eine ein direktes Bremsenlösen bewirkende Dreiwegeventilvorrichtung bekannt, bei welcher unter anderem die Verbindung eines Bremszylinders mit einer von einem Hilfsbehälter gebildeten Druck mittelquelle und mit der Atmosphäre durch Anlage bzw. Löseventile gesteuert wird, die gemeinsam durch eine Membran betätigt werden, die auf ihren gegen überliegenden Seiten dem Druck des Hilfsbehälters bzw. dem Druck des Druckmittels in einer normal beschickten Bremsleitung unterworfen wird.
Um eine Stabilität in der LUberlappungsstellung zu schaffen, d. h. wenn sowohl das Anlegeventil als auch das Löseventil geschlossen sind, ist mit der Membran ein Widerlager gekuppelt, und wenn die Membran aus der Lösestellung heraus abgelenkt wird, wird dieses Widerlager einer Druckdifferenz unterworfen, die in einer Richtung wirkt, in welcher sie bestrebt ist, der Rückkehrbewegung der Membran entgegen zuwirken. Infolgedessen muss der Bremsleitungsdruck auf einen vorbestimmten Wert erhöht werden, der über dem im Hilfsbehälter herrschenden Druck liegt, um die Membran in die Lösestellung zurückzuführen.
Eine Dreiwegeventilvorrichtung dieser Art kann ein Schnellarbeitsventil enthalten, dessen Funktion darin besteht, bei Beginn einer Verminderung des Bremsleitungsdruckes von seinem normalen vollen Beschickungswert Druckmittel aus der Bremsleitung abzuziehen, um so die Verminderung des Bremslei tungsdruckes örtlich zu intensivieren und dadurch dazu beizutragen, dass die Verminderung sich längs des Zuges schnell fortpflanzt. Ein solcher örtlicher Abzug von Arbeitsmittel erfolgt bis auf ein Schnell- arbeitsvolumen,
in bezug auf welches ein Auslass- ventil vorhanden ist, und dieses Ventil muss ge schlossen werden, wenn die Membran aus der Löse stellung heraus abgelenkt wird, woraufhin sie der Druckdifferenz zwischen dem Atmosphärendruck und dem Druck in dem Schnellarbeitsvolumen, d. h. dem in der Bremsleitung herrschenden Druck, ausgesetzt wird. Dabei kann das Schnellarbeits-Auslassventil als das Widerlager dienen, das die Stabilität in der über- lappungsstellung schafft.
Die durch die vorliegende Erfindung geschaffene Dreiwegeventilvorrichtung ist dadurch gekennzeich net, dass ein Anlegeventil-Verschlussglied relativ zu einer Membran in Richtung gegen einen Ventilsitz und von ihm weg bewegbar und so ausgeführt ist, dass eine genügend grosse Fläche dieses Verschluss- gliedes dem auf es in der Aufsetzrichtung wirkenden Hilfsbehälterdruck ausgesetzt ist, um zu bewirken,
dass ein Sitzeingriff bei einem vorbestimmten Wert des Überschusses des Hilfsbehälterdruckes über dem Bremsleitungsdruck eintritt, wobei der überschuss zufolge der sich verkleinernden Differenz zwischen dem Hilfsbehälterdruck und dem Bremszylinder druck, wenn gier Bremsenanlegegrad auf das Maxi mum erhöht wird, sich mit zunehmenden Bremsen anlegegraden vermindert und ein Löseventil-Ver- schlussglied so ausgeführt ist, dass es, wenn es auf sitzt,
dem Bremszylinderdruck, der auf das Ver- schlussglied in der Richtung eines Aufsetzens auf den Sitz wirkt, eine grössere Fläche darbietet als dem gleichen Druck, der auf das Verschlussglied in der Richtung seines Abhebens von dem Sitz wirkt, wo durch ein Widerstand gegen die Rückkehr geschaffen wird, der bei zunehmenden Dremsenanlegegraden grösser wird.
Vorzugsweise sitzen das Anlegeventil- und das Löseventil-Verschlussglied elastisch auf, und ihre je weiligen Sitze öffnen sich unmittelbar zu einer gemeinsamen Bremszylinderkammer. Weiterhin kön nen diese beiden Verschlussglieder gleichachsig aus gerichtet sein, was zu dem Vorteil führt, dass dann nur ein einziger Steuerteil zum Betätigen der Ver- schlussglieder notwendig ist.
Dieser Steuerteil kann die Form eines Schaftes annehmen, der an dem einen Ende mit der Membran verbunden ist und an dem anderen Ende mit dem Löseventil-Verschluss- glied in Eingriff treten kann, wobei der Schaft durch das Anlegeventil-Verschlussglied hindurchgeht und eine Stufe aufweist, um dieses Verschlussglied im Verlauf der Ablenkung bzw. Durchbiegung der Mem bran aufzunehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel eines Mern- bran-Dreiwegeventils erläutert, das keine Schnell arbeitsmöglichkeit hat und für elektropneumatische Bremsanlagen bestimmt ist. Die Zeichnung gibt einen Längsschnitt wieder.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf Membran- Dreiwegeventile ohne Schnellarbeitsmöglichkeit be schränkt, sie ist vielmehr auch auf die sogenannte schnell arbeitende Art von Dreiwegeventilen anwend bar, um ein weiteres Beispiel zu nennen, bei welchem eine Verminderung des Bremsleitungsdruckes über einen bestimmten Wert hinaus bewirkt, dass die Bremsleitung unmittelbar mit dem Bremszylinder verbunden wird, um letzteren schnell zu füllen.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiel ist eine ringförmige biegsame Membran 11 an ihrem Aussenrand zwischen Abschnitten 12 und 13 des Gehäuses des Dreiwegeventils einge klemmt, und ein Teil dieser Membran wird von einem Membranfolgeaufbau gebildet, der aus einem oberen domförmigen Teil 14 und einem ringförmigen Plattenteil 15 zusammengesetzt ist, die auf beiden Seiten des Membraninnenrandes liegen ü mit diesem zusammengeklemmt sind.
Ein dritter Gehäuseab schnitt 16 in der Form einer Abdz ckplatte schliesst zwei Ventilkammern 17 und 18, die in dem Gehäuse abschnitt 13 ausgebildet sind, dicht ab.
Ein Schaft 19, der in einer nach unten ragendcn Lage an dem oberen Teil 14 des Membranfolgeauf- baus durch einen Bolzen befestigt ist, wird durch eine rohrförmige Führung 20 geführt, die einen mit dem Gehäuseabschnitt 13 einstückig ausgebildeten inneren Teil bildet, der innerhalb cl.--s Raumes nach oben ragt, der von dem inneren Umfang der Mem bran 11 und dem domförmigen Teil 14 begrenzt ist.
Das obere Ende der rohrförmigen Führung 20 wirkt als Anschlag, der die Abwärtsbewegung der Membran begrenzt, während die Aufwärtsbewegung der Mean- bran durch Eingriff des Schaft'oefestigimgsbolzens mit einer Anschlagfläche 21 begrenzt wird, die innerhalb des Gehäuseabschnittes 12 ausgebildet ist.
Die Membran 11 trennt zwei Kammern vonein ander, nämlich eine Kammer 22, die über einen Durchgang 23 mit der Bremsleitung in dauernder Verbindung steht, und eine Kammer 24, die über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Durchgang mit dem Hilfsbehälter in dauernder Verbindung steht.
In eine Bohrung im Gehäuseabschnitt 13 ist eine mit dem Schaft 19 gleichachsig ausgerichtete Buchse 25 mit Presssitz eingesetzt, deren Inneres eine Brems zylinderkammer bildet, die durch Öffnungen 25 in der Buchse und über einen Durchgang 27 mit dem Bremszylinder in dauernder Verbindung steht. Die Buchse 25 bietet an beiden Enden einen kreisförmi gen Ventilsitz dar, wobei der Sitz 28 an dem oberen Ende der Buchse in einer Kammer angeordnet ist, die durch eine Erweiterung der rolirförinigen Füh rung 20 gebildet ist und die mit der Hilfsbehälter kammer 24 durch Öffnungen 29 in dauernder Ver bindung steht, während der Sitz 30 an dem unteren Ende der Buchse in der Ventilkammer 17 angeordnet ist.
Eine Buchse 31 in der Ventilkammer 17 schafft eine Gleitfläche für ein Löseventil-Versclilussglied 32, das kolbenartig ausgebildet ist und eine elastische Sitzfläche darbietet, die in Eingriff mit dem Sitz 30 an der Buchse 25 treten kann. über einen Durchgang 33 steht die Ventilkammer 17 mit der Atmosphäre in Verbindung, so dass, wenn das Verschlussglied 32 des Bremszylinderlöseventils nicht aufsitzt, die Brems zylinderkammer in der Buchse 25 und damit auch der Bremszylinder zur Atmosphäre entlüftet werden. Zum Betätigen des Verschlussgliedes 32 des Löse ventils hat der Schaft 19 einen Zapfen 34, der mit dem Verschlussglied durch den Sitz 30 hindurch in Eingriff treten kann.
Ein kolbenförmiges Anlegeventil-Verschlussglied 35, das eine elastische Sitzfläche darbietet, die mit dem Sitz 28 an der Buchse 25 in Eingriff treten kann, ist auf einen im Durchmesser verkleinerten Teil des Schaftes 19 zwischen einer oberen und einer unteren Bewegungsbegrenzungsstufe, die an dem Schaft 19 ausgebildet sind, mit abdichtendem Sitz verschiebbar angeordnet. Eine schraubenförmige Druckfeder 36, die zwischen die obere Stufe und das Verschlussghed 35 gefügt ist, übt eine leichte Druckkraft aus, die das Verschlussglied gegen die untere Stufe zu be wegen sucht.
Es ist ersichtlich, dass, wenn das Ver- schlussglied 35 des Anlegeventils aufsitzt, Hilfsbehäl- terdruck hinter das Verschlussglied tritt (jedoch nicht an ihm vorbeigeht, und zwar zufolge des Dichtungs ringes zwischen ihm und dem im Durchmesser ver kleinerten Teil des Schaftes) und auf das Glied eine Kraft ausübt, die bestrebt ist, es auf seinem Sitz zu halten.
In der Ventilkammer 18 ist ein den Hilfsbehälter beschickendes Ventil 37 in Form einer mit ela stischem Material überzogenen Scheibe angeordnet, die durch eine Feder 38 in eine Stellung gedrückt wird, in der sie in Eingriff mit einem Sitz 39 steht, der zwischen einem zur Bremsleitung führenden Durchgang 40 und der mit dem Hilfsbehälter ver bundenen Kammer 24 angeordnet ist.
Die Betätigung dieses Hilfsbehälterladeventils 37 erfolgt vermittels eines Schaftes 41, der an dem Membranfolgeaufbau 14, 15 exzentrisch angreift und eine solche Länge ha" dass er das Ladeventil in der unteren Grenz- stellung bzw. der nicht abgelenkten Lösestellung der Membran von seinem Sitz wegbewegt. Die Membran wird gegen diese Stellung durch eine schrauben förmige Druckfeder 42 gedrückt, die zwischen einem Federsitz an dem domförmigen Teil -14 des Folge aufbaus und einem Federsitz an der Innenwand des Gehäuseabschnittes 12 angeordnet ist.
Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass die Teilabschnitte, welche das Hilfsbehälterladeventil 37 und den zur Brems leitungskammer 22 führenden Durchgang 23 ent halten, in durch die senkrechte Mittellinie hindurch gehenden, aber nicht mit der Zeichenebene zusam menfallenden Ebenen liegen.
In der nicht abgelenkten Lösestellung, in welcher die Membran 11 in der Zeichnung dargestellt ist, sind sowohl das Verschlussglied 32 des Bremszylinder- Löseventils als auch das Hilfsbehälterladeventil 37 von ihren Sitzen abgehoben, und zwar das erstere durch den Zapfen 34 des Schaftes 19 und das letztere durch den Schaft 41. Beide sind, wenn sie nicht aufsitzen, dem gleichen Druck auf beiden Seiten unterworfen, und dies gilt insbesondere bei dem Verschlussglied 32 des Löseventils zufolge einer Öffnung 43, die durch seine Stirnwand innerhalb der Fläche gebohrt ist, die von der Linie des Sitzein griffs umschlossen ist.
Infolgedessen ist an diesen beiden Ventilen die einzige Kraft, welche die Mem bran nach oben abzulenken sucht, diejenige, welche die diesbezügliche Druckfeder liefert, jedoch wird diese Kraft zusammen mit der Kraft, welche die Feder 36 ausübt, um das Verschlussglied 35 des Anlegeventils auf seinem Sitz zu halten, durch die Membranfeder 42 überwunden.
Die Lösekraft, die durch diese Feder 42 ausgeübt wird, wird durch die Druckkraft des Druckmittels ergänzt, die sich daraus ergibt, dass die dem Hilfsbehälterdruck in der Kammer 24 ausgesetzte wirksame Fläche der Membran kleiner ist als diejenige, die dem Brems leitungsdruck in der Kammer 22 ausgesetzt ist, und zwar um den Betrag der Querschnittsfläche des im Durchmesser verkleinerten Teiles des Schaftes 19.
Die kombinierte Lösekraft erfordert, dass, um die Membran aus der Lösestellung nach oben gegen die Anlegestellung abzulenken, der Bremsleitungs druck um einen vorbestimmten Betrag unter den im Hilfsbehälter herrschenden Druck vermindert wer den muss. Wenn angenommen wird, dass eine grössere Reduktion des Bremsleitungsdruckes zu dem Zwecke vorgenommen ist, einen Bremsvorgang einzuleiten, dann verursacht die sich daraus ergebende Ablenkung der Membran nach oben in die Anlegestellung die nachstehende Folge von Ventilbetätigungsvorgängen:
das Schliessen des Hilfsbehälterladeventils 37, das Bewegen des Verschlussgliedes 32 des Bremszylinder- Löseventils auf seinen Sitz und das Wegbewegen des Verschlussgliedes 35 des Anlegeventils von seinem Sitz, wobei dieses Verschlussglied 35 durch die untere Stufe des Schaftes 19 aufgenommen und angehoben wird.
Der Zutritt von Druckmittel zu dem Brems- zylinder aus dem Hilfsbehälter an dem nunmehr von seinem Sitz weg bewegten Verschlussglied 35 des Anlegeventils schreitet fort, bis, wenn der Hilfs- behälterdruck sich einem Ausgleich mit dem reduzier ten Bremszylinderdruck nähert und die Membran nach unten bewegt, das Verschlussglied 35 des An legeventils aufgesetzt wird, wobei der Hilfsbehälter- druck höher als der Bremsleitungsdruck ist.
Der verbleibende überschuss des Hilfsbehälterdruckes über dem Bremsleitungsdruck beim Aufsetzen des Verschlussgliedes 35 des Anlegeventils vermindert sich mit zunehmendem Bremsenanlegegrad zufolge der sich verkleinernden Differenz zwischen dem Hilfs- behälterdruck und dem Bremszylinderdruck.
Beim Aufsetzen des Verschlussgliedes 35 des Anlegeventils und vor dem Wiederöffnen des Ver- schlussgliedes 32 des Löseventils befindet sich die Membran in der überlappungsstellung, um den Bremsenanlegevorgang aufrechtzuerhalten. Dieser verbleibende überschuss des Hilfsbehälterdruckes über dem Bremsleitungsdruck trägt zur Stabilität in der überlappungsstellung bei, weil zur I7berwindung seiner Wirkung, der Rückkehr der Membran in die Lösestellung Widerstand entgegenzusetzen,
ein ent sprechend grösserer Anstieg des Bremsleitungsdruckes notwendig ist.
Die sich verkleinernde Charakteristik dieses Widerstandes wird durch die umgekehrte Änderung eines zusätzlichen Widerstandes ausgeglichen, der durch das Verschlussglied 32 des Löseventils in folgender Weise geschaffen wird:
Wenn das Ver- schlussglied 32 im Verlauf eines Bremsvorganges sich aufsetzt, tritt der im Bremszylinder aufgebaute Druck hinter das Verschlussglied durch die ffnung 43 und wirkt daher zufolge des Umstandes, dass der ausser halb der von der Aufsitzlinie umschriebenen Fläche liegende Rand dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist, in Aufsetzrichtung über eine Fläche, die grösser ist als die Fläche, auf die er in der Abhebrichtung wirkt.
Dieser Widerstand gegen die Bewegung des V erschlussgliedes 32 des Löseventils von seinem Sitz weg wird grösser, wenn der Bremszylinderdruck steigt und infolgedessen der Bremsenanlegegrad zu nimmt. Es kann Vorkehrung dafür getroffen werden, dass die beiden genannten Widerstände zusammen einen kombinierten Widerstand gegen die Rückkehr in die Lösestellung schaffen, was zu seiner über windung eine vorbestimmte Erhöhung des Brems leitungsdruckes erfordert, die für alle Bremsenanlege- grade im wesentlichen konstant ist.