Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung für ein Wägeventil. das zur Befestigung am Rahmen eines Fahrzeuges bestimmt ist und neben der Vorrichtung einen unter ihrem Einfluss stehenden Ventilteil aufweist. der zur Abgabe eines Druckmittels mit einem Druck bestimmt ist, welcher von der Last des Fahrzeuges abhängig ist, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass sie auf den Ventilteil mit einer Kraft einwirkt, die zu einer gegebenen grösseren Kraft porportional ist. und ein Gehäuse enthält. ein darin eingeschlossenes unkomprimierbares Medium, einen Kolben zur Übertragung der grösseren Kraft auf das Medium und einen axial beweglichen Tauchkolben. welcher mit dem Medium in Berührung steht, wobei derTauchkolben zur Bildung der Kraft dient und einen kleineren Querschnitt als der Kolben hat.
Ein derartiges Wägeventil kann in der Federung eines Schienenfahrzeuges oder eines anderen Fahrzeuges angeordnet werden und reduziert einen Eingangsluftdruck auf einen Aus gangsluftdruck, welcher von der Last des Fahrzeuges abhängig ist. Die Luft mit reduziertem Druck wird einer Vorrichtung zugeführt welche die Bremskraft in Abhängigkeit von der auf das Ventil wirkenden Kraft oder mit anderen Worten von der Last des Fahrzeuges regelt.
Bei den bekannten Ventilen dieser Art ist ein sogenannter Differentialkolben vorgesehen, dessen Teil mit kleinerem Durchmesser den Tauchkolben bildet, und auf dessen Teil mit dem grösseren Durchmesser die Druckluft einwirkt. Der verhiiltnismässig niedrige Druck von Druckluft, welcher auf den Teil mit grösserem Durchmesser des Differentialkolbens einwirkt, ist durch den grösseren spezifischen Druck ausgewogen, welcher auf den Teil des Kolbens mit kleinerem Durchmesser, d.h. den Tauchkolben einwirkt.
Bei einer bekannten Ausführungsform ist das Medium in der Vorrichtung eingeschlossene hydraulische Flüssigkeit. Bei einer anderen Ausführungsform ist es ein gummiartiges Material in der Form einer Scheibe. Neben ernsten Problemen mit der Abdichtung der eingeschlossenen hydraulischen Flüssigkeit hahen die bekannten Kraftübertragungsvorrichtungen gemeinsame Nachteile. Erstens war es wegen des verhältnismässig niedrigen Arbeitsdruckes des Mediums und der daraus sich ergebenen grossen Arbeitsfläche schwierig, die voluminösen Wägeventile in die Federung eines Fahrzeuges einzubauen.
Zweitens arbeiten die bekannten Wägeventile trotz ihrer komplizierten und teuren Ausbildung nicht zuverlässig. Die Schwingungen und kurzwelligen Veränderungen der Federung des Fahrzeuges, die auf die Vorrichtung wirken, werden durch den Teil des Differentialkolbens mit kleinerem Durchmesser auf das Ventil übertragen, was zur Folge hat, dass das Ventil flattert und Luft verbraucht. Zur Lösung des Problemes wurden die bekannten Ventile mit Dämpfungselementen in der Form von Drosselstellen versehen, wodurch die Ventile komplizierter, teuerer und trotzdem nicht zuverlässig wurden.
Die Erfindung hat die Verminderung der Grösse der Kraft übertragungsvorrichtung und somit des Wägeventiles zum Ziel, indem sie einen grösseren Arbeitsdruck im Medium ermöglicht und gleichzeitig das Dämpfungsproblem löst.
Das wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass das unkomprimierbare Medium ein fester Block eines plastisch deformierbaren Materiales ist, und dass sich der Tauchkolben in das Medium erstreckt, derart, dass sein Ende an allen Seiten von Medium umgeben ist.
Es versteht sich, dass es möglich ist, das Medium mit dem verhältnismässig niedrigen Druck von z.B. 30 kp/cm2 arbeiten zu lassen, welcher bei den bekannten Ausführungsformen verwendet wird, und dabei den Vorteil der verbesserten Dämpfung auszunützen. Wenn jedoch der Druck im Medium durch Verminderung der Arbeitsfläche des festen Blocks vergrössert wird, ist es wegen der Dämpfungsprobleme nicht möglich, den Tauchkolben auf das Medium in der üblichen Weise einwirken zu lassen. Ein Wägeventil mit der erfindungsgemässen Kraft übertragungsvorrichtung hat einen Arbeitsdruck im Bereich von 100 bis 700 kp/cm2, was bedeutet, dass gewisse Dichtungsprobleme gelöst werden müssen.
Dadurch, dass sich das Ende des Tauchkolbens in das Medium erstreckt. wobei alle Kräfte des Mediums, die auf seinen Querschnitt einwirken, gleichzeitig auch auf die Seiten des Endes des Tauchkolbens einwirken, werden die Schwingungen und kurzwelligen Veränderungen gedämpft.
Das hat zur Folge, dass nicht nur das Wägeventil wegen seines hohen Arbeitsdruckes mit sehr kleinen Dimensionen und billig hergestellt werden kann, sondern dass es verbesserte Eigenschaften und einen wesentlich verringerten Luftverbrauch aufweist.
Vorzugsweise kann sich der Tauchkolben, welcher die Form einer Stange hat, durch eine Bohrung im Kolben erstrecken. In diesem Fall können die schwierigen Dichtungsprobleme dadurch gelöst werden. dass zur Abdichtung des Mediums einerseits zwischen dem Kolben und dem Gehäuse sowie andererseits zwischen dem Kolben und der Stange eine Anordnung eines Dichtungsringes mit Dichtungslippen, die dem Medium im Gehäuse und der Stange zugewandt sind, sowie eines Stützringes aus einem starren reibungsarmen Material, welcher dem Kolben zugewandt ist, vorgesehen ist.
Die Stange und der Kolben können jedoch vollständig im Gehäuse getrennt werden, in welchem Fall sich die Stange durch eine Bohrung im Gehäuse erstreckt. Zur Abdichtung des Mediums zwischen der Stange und dem Gehäuse kann in diesem Fall ein deformierbarer Dichtungsring vorgesehen sein, welcher im Gehäuse angeordnet ist und die Stange umgibt. Zur Abdichtung des Mediums zwischen dem Kolben und dem Gehäuse kann ein deformierbarer Dichtungsring vorgesehen sein, der im Gehäuse befestigt ist und den Kolben umgibt.
Zur Verhinderung der Entstehung von Scherkräften im Medium und zur Erzielung einer störungsfreien Funktion kann vorzugsweise das im Medium befindliche Ende der Stange abgerundet sein.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt:
Fig. 1 einen axialen Schnitt eines Wägeventiles mit einer erfindungsgemässen Kraftübertragungsvorrichtung und
Fig. 2 einen axialen Schnitt einer anderen Ausführungsform der Kraftübertragungsvorrichtung ohne Ventil.
Das in der Figur 1 dargestellte Wägeventil enthält ein Gehäuse 1, das zur Befestigung in einem Fahrzeug bestimmt ist und einen Deckel 2 aufweist. Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Deckel 2 ist eine biegsame Membran 3 an ihrem Umfang eingeklemmt. Das Gehäuse 1 hat eine zentrale Bohrung mit einem Teil 4 mit grösserem Durchmesser sowie einem Teil 5 mit kleinerem Durchmesser. Der Teil 4 mit grösserem Durchmesser der zentralen Bohrung ist mit einer Büchse 6 eines Ma teriales mit geringer Reibung ausgekleidet, in welcher ein Kolben 7 geführt ist. Das Material der Auskleidung kann z.B. das unter der Bezeichnung Deltin (eingetragene Marke) bekannte Material sein.
Der freie Raum innerhalb der Bohrung 4 mit grösserem Durchmesser ist mit einem Medium 8 ausgefüllt, das die Form eines festen Blocks eines Materiales hat, welches unkomprimierbar und im Bereich der normalen Arbeitstemperaturen der Vorrichtung plastisch verformbar ist. Das Material ist vorzugsweise Polyäthylen oder ein Silikongummi.
Die biegsame Membran 3 ist an einem Differentialkolben 9, 10 und 11 befestigt und abgestützt. Der Teil 9 des Kolbens bildet zusammen mit der Mebran 3 den Teil des Differentialkolbens mit grösserem Durchmesser, während der Teil 10, der einen Tauchkolben bildet, der die Form einer Stange oder einer Nadel hat, den Teil des Differentialkolbens mit kleinerem Durchmesser darstellt. Der Kolbenteil 10 erstreckt sich durch den Teil 5 der Bohrung in den Teil 4 und dringt in das Medium 8 ein. Der Kolbenteil 11 bildet einen ersten Ventilteil, welcher zur Zusammenwirkung mit einem zweiten Ventilteil 12 bestimmt ist, der in einer axialen Bohrung 13 angeordnet ist. Eine zwischen dem Deckel 2 und einem besonderen Deckelteil 2' eingeklemmte Gummidichtung 14 gestattet axiale Bewegungen des zweiten Ventilteiles 12 und verhindert Luftverlust.
Zwischen dem Deckelteil 2' und dem zweiten Ventilteil 12 ist eine Druckfeder 15 angeordnet, welche den zweiten Ventilteil 12 nach unten drückt. Aus Gründen der Anschaulichkeit ist dabei in der Zeichnung zwischen den beiden Ventilteilen 11 und 12 ein Spalt dargestellt, der im Betrieb nie vorhanden ist. Der erste Ventilteil 11 ist von einem Ventilsitz 16 umgeben, welcher im Deckel 2 fest angeordnet ist. Zwischen dem ersten Ventilteil 11 und dem Ventilsitz 16 besteht ein kleiner ringförmiger Spalt.
Durch eine erste Öffnung 17 im Deckel 2 kann Druckluft aus einer geeigneten Quelle zugeführt werden, die durch eine zweite Offnung 18 im Deckel 2 einer nicht dargestellten druckempfindlichen Vorrichtung zugeführt werden kann.
Der vorstehende Teil der Stange 10 ist von einem defomierbaren Dichtungsring 19 aus einem Kunststoff z.B. Polytetrafluoräthylen umgeben. Der Dichtungsring 19 stützt sich auf die Schulterfläche zwischen den beiden Bohrungsteilen 4 und 5.
Ein zweiter deformierbarer Dichtungsring 20, welcher vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Ring 19 besteht, umgibt den Kolben 7 und stützt sich gegen die Büchse 6, welche durch einen Ring 21 festgehalten wird, der seinerseits mit der Hilfe eines Federringes 22 befestigt ist.
Das dargestellte Wägeventil arbeitet wie folgt:
Während des normalen Betriebes wirkt auf die Vorrichtung eine Kraft, die von der Last des Fahrzeuges abhängig ist und in der Form einer Druckkraft auf den Kolben 7 einwirkt, welcher mit einem Teil der Federung des Fahrzeuges verbunden ist.
Durch das Medium 8 wird die Kraft auf das Gehäuse 1 übertragen, von welchem sie in einen benachbarten Teil des Fahrzeuges gelangt. Ein kleiner Teil der Kraft wird vom Medium auf den Kolbenteil 10 und nach oben in den Deckel 2 durch den Teil 9 des Differentialkolbens mit grösserem Durchmesser übertragen, wobei die darüber befindliche Druckluft mit ihrer Kraft den Kolben im Gleichgewicht hält. Der Luftdruck ist im Vergleich mit dem Druck im Medium 8, der im Bereich von 100 bis 700 kp/cm2 liegt, klein.
Wenn die Last des Fahrzeuges vergrössert wird, erhöht sich der Druck im Medium 8, welcher auf den Kolbenteil 10 einwirkt und diesen nach oben bewegt, was eine Bewegung des Ventilteiles 12 nach oben zur Folge hat. Durch die Öffnung 17 zugeführte Druckluft kann darauf am Ventilsitz 16 vorbei in die Kammer zwischen der Membran 3 und dem Deckel 2 gelangen.
Der Druck in dieser Kammer steigt und hat eine Bewegung des Differentialkolbens nach unten zur Folge, bis der Ventilteil 12 von neuem den Ventilsitz 16 berührt.
Der in der Ausgangsöffnung 18 wirkende Luftdruck entspricht auf diese Weise der Grösse der neuen Kraft, welche durch die Vorrichtung übertragen wird. Dieser Luftdruck bildet daher ein Signal, welches in einer geeigneten Weise auf eine druckempfindliche Vorrichtung übertragen werden kann, z.B.
auf einen Bremskraftregler eines Fahrzeuges oder ein kalibriertes Anzeigegerät, welches die Last des Fahrzeuges anzeigt.
Wenn die Last des Fahrzeuges vermindert wird, wird der Kolbenteil 10 weiter in das Medium 8 eingepresst, da sein Druck niedriger ist. Diese Bewegung des Differentialkolbens hat eine Verbindung der Kammer zwischen der Membran 3 und dem Deckel 2 durch die axiale Bohrung 13 und eine Bohrung 23 im Deckelteil 2' mit der Atmosphäre zur Folge. Dadurch sinkt der Druck in dieser Kammer, wodurch eine Bewegung des Differentialkolbens nach oben zugelassen wird, bis der Kolbenteil 11 wieder auf dem Ventilteil 12 aufsitzt.
In der Figur 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In dieser Figur ist kein Ventil vorhanden, da das Ventil nach der Figur 1 oder ein anderes geeignetes Ventil zusammen mit der Vorrichtung verwendet werden kann.
Die in der Figur 2 dargestellte Vorrichtung enthält ein äusseres Gehäuse 30 mit einer zentralen Bohrung, in deren Teil mit grösserem Durchmesser ein kolbenförmiges inneres Gehäuse 31, (das funktionell dem-Gehäuse 1 in der Figur 1 entspricht), geführt ist, und deren Teil mit kleinerem Durchmesser zur Aufnahme eines Tauchkolbens m der Form einer Stange 32 dient, welche, wie bereits erwähnt, mit einem Ventil verbunden sein kann. Das Gehäuse 31 ist ebenfalls mit einer zentralen Bohrung versehen, die zum Teil mit einem festen Block eines unkomprimierbaren, plastisch deformierbaren Mediums 33 ausgefüllt ist, z.B. einem temperaturstabilen Silikongummi.
Die Stange 32 erstreckt sich in das Medium 33. In der zentralen Bohrung im Gehäuse 31 ist über dem Medium 33 ein ringförmiger Kolben 34 angeordnet, welcher die Stange 32 umschliesst.
Zur Lösung des schwierigen Problems einer Abdichtung des Mediums 33 zwischen der Stange 32 und dem Kolben 34 sowie zwischen dem Kolben und der Bohrung im Gehäuse 31 ist eine zusammengesetzte Dichtung vorgesehen, welche einen Dichtungsring 35 aus einem biegsamen Material wie z.B. Teflon (eingetragene Marke) sowie einem Stützring 36 aus einem steiferen und reibungsarmen Material besteht, wie z.B. Delrin (Azetalharz, eingetragene Marke). Der Dichtungsring 35 hat an der dem Medium 33 zugewandten Seite Dichtungslippen und wirkt mit dem Medium 33 bei der Übertragung der Kräfte auf die Stange 32 zusammen, insbesondere an seinen Seiten.
Das Gehäuse 31 ist auf einem Teil 37 eines Fahrzeuges abgestützt. Das Gehäuse 30 ist mit einem Flansch 38 versehen, der zur Aufnahme des Gewichtes eines anderen nicht dargestellten Fahrzeugteiles bestimmt ist. Zwischen dem unteren
Ende des Gehäuses 30 und dem Fahrzeugteil 37 ist eine Dich tungsscheibe 39 angeordnet, welche den Zugang von Verunreinigungen und Wasser in den Zwischenraum verhindert.
Zwischen den beiden Fahrzeugteilen wird die Kraft durch das Gehäuse 31, das Medium 33, den Dichtungsring 35, den
Stützring 36, den Kolben 34 und das Gehäuse 30 übertragen.
Ein Teil der Kraft gelangt in die Stange 32.
Die Stange 32 der Ausführungsform nach der Figur 2 ist mit einem abgerundeten Ende versehen, welches den Vorteil hat, dass im Medium 33 keine Scherkräfte entstehen. Gleichzeitig wird dabei eine weichere Dämpfungswirkung der seitlich auf die Stange 32 wirkenden Kräfte erzielt. Das abgerundete Ende ist besonders wichtig, da im Betrieb der Druck im Medium 100 bis 700 kp/cm2 beträgt. Die Dämpfungswirkung der Stange 32 ist proportional zum im Medium wirkenden Druck, d.h. zur auf das Gehäuse und somit auf den Kolben wirkenden Kraft.