DD269977A3

DD269977A3 - Elektropneumatisches stellglied fuer druckluftbremsen

Info

Publication number: DD269977A3
Application number: DD30967187A
Authority: DD
Inventors: Martin Heller
Original assignee: Berliner Bremsenwerk Veb
Priority date: 1987-12-01
Filing date: 1987-12-01
Publication date: 1989-07-19
Also published as: DE3821044A1; CS372788A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektropneumatisches Stellglied fuer Druckluftbremsanlagen. Sie hat das Ziel, durch die Ausgestaltung des Stellgliedes die Sicherheit der Gleitschutzanlage zu erhoehen und eine rationelle Fertigung zu garantieren. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stellglied mit Membrankolben, der durch zwei Luftwege beeinflusst wird und ueber eine Steuerkammer auf Vorsteuerventile wirkt, stroemungstechnisch und in den Bewegungsverhaeltnissen so auszubilden, dass es bei Verwendung in einer elektronischen Gleitschutzanlage mit minimaler Zeitverzoegerung auf Blockierneigung der Raeder reagieren kann. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass das Stellglied in zwei Baugruppen gegliedert ist, in denen jeweils die Luftwege als konzentrische Zylinder ausgebildet sind und bei denen die Durchmesser in der Naehe des Membrankolbens sich allmaehlich erweitern bzw. verringern. Fig. 2

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf dao Gebiet der Druckluftbremsanlagen für Fahrzeuge, insbesondere auf Druckluftbremsanlage^ bei denen Drücke auf elektrischem Weg, z. B. durch eine Mikroprozessorsteuerung, gesteue. ι oder geregelt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, den Druck im Bremszylinder als einen der möglichen Wirkungsräume, in denen der Druck gesteuert oder geregelt wird, durch elektropneumatische Stellglieder zu steuern. Diese Stellglieder enthalten üblicherweise, v.'ie z. B. der DE-PS 2,136446 zu entnehmen ist, Membranen, bei denen auf einer Seite eine Steuerkammer liegt, die an elektropneumatisches Vorsteuerventil angeschlossen ist, auf der anderen Seite eine Gegenkammer mit einem äußeren und einem inneren, etwa koaxial auf die Membran gerichteten Verbindungskanal zu den zu steuernden Anschlüssen.

Grundlegende Forderung an die Stellglieder, insbesondere wenn sie in Gleitschutzanlagen Anwendung finden, ist die Minimierung der Zeitverzögerung, die ihre ökonomische Begründung in der Schonung der Radlaufflächen und der Erhöhung der Sicherhett der Bremsung findet. Es sind bereits Erfindungen bekannt, die die Gestaltung der Stellglieder zur Erfüllung dieser Forderung betreffen.

So ist aus der Patentschrift CH 393014 bekannt, daß ein Ventilteller eine sich in Schließrichtung verjüngende Mantelfläche aufweist; die den Luftstrom in den Ausgangskanal lenkt. Aus der DE-PS 2136446 ist bekannt, daß in Kombination mit weiteren bekannten Merkmalen ein halsförmiger Ring zur Umlenkung der Luftströmung dient. Nachteil dieser Lösungen ist, daß weiterhin plötzliche Richtungs- und Querschnittsänderungen und relativ große Bewegungen der Membrankolben auftreten, die eine solche Zeitverzögerung beim Schalten bewirken, daß ζ. B. bei elektronischen Gleitschutzanlagen nicht der gewünschte geringe Verschleiß und die geringe thermische Beanspruchung der Radlauffläche erreicht wird.

In DE 2 632305 wird eine Anordnung dargestellt, bei der der Nachteil der großen Hübe nicht mehr auftritt. Ein Merkmal dieser Anordnung besteht darin, daß der Membrankolben mit Stößeln und anderen Elementen verbunden ist, die die Ventilfunktion

ausführen. Bei dieser Lösung vergrößert sich notwendigerweise die Masse der beim Schaltvorgang bewegten Teile, was einerseits zu einer Zeitverzögerung, andererseits besonders bei höheren Schaltfrequenzen zu einer starken Beanspruchung der Ventilsitze führt.

Weitete technische Lösungen sind in e'en DE-OS 3345080 und 3408123 darqestellt. Hierbei ergeben sich trotz entgegengesetzter Bestrebungen Nachteile für die Luftführung neben technologischen Nachteilen für Herstellung und Instandhaltung insbesondere daraus, daß alle Elemente auf engem Raum in einem komplizierten Gehäuse konzentriert sind, wo hingegen es wünschenswert ist, daß das Stellglied leicht montier- und zerlegbar ist uno aus austauschbaren, im Ventil mehrfach vorhandenen normierten Teilen besteht, wobei elektrischer und pneumatischer Teil klar gegliedert sind.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, ein elektropneumatisches Stellglied für Druckluftbremsen so auszubilden, daß es bei Verwendung in elektronischen Gleitschutzanlagen von Fahrzeugen den geringst möglichen Verschleiß der Räder bei größtmöglicher Sicherheit der Bremsungen gewährleistet und durch seinen Aufbau aus wenigen verschiedenen und einfach gestalteten Bauteilen und durch zusätzliche Verwendungsmöglichkeiten eine rationelle Herstellung gestattet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektropneumatisches Stellglied für Druckluftbremsen mit Membrankolben, auf deren einer Seite sich die mit einem elektropneumatischen Vorsteuerventil geringen Querschnitts verbundene Steuerkammer befindet, auf der anderen ein innerer und ein äußerer Luftweg münden, strömungstechnisch und in den Bewegungsverhältnissen seiner mechanisch beweglichen Teile so auszubilden, daß es bei Verwendung in einer elektronischen Gleitschutzanlage mit minimaler Zeitverzögerung auf Blockierneigung der Räder reagieren kann, wobei es aus einfach herzustellenden und zu montierenden Teilen besteht, rauhen Betriebsbedingungen widersteht und eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten hat.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem aus Einlaß- und Auslaßventil mit angeflt nschten Vorsteuerventilen bestehonden Stellglied beide Ventile einen im wesentlichen gleichen Aufbau besitzen, ihre Luftwege in Richtung auf die Membrankolben in solche Rotationskörper übergehen, bei denen der innere Luftweg seinen Durchmesser allmählich erweitert und der äußere Luftweg seinen Durchmesser allmählich verringert und beide in einem stumpfen, nahezu gestreckten Winkel aufeinander und.auf die Ebene der Membrankolben treffen, bei jeweils stromlosem Vorsteuerventil die Steuerkammern des Einlaß- und Auslaßventiles über das jeweilige Vorsteuerventil und mehrere Anschlüsse mit dem Bremszylinder verbunden sind und ein Rückschlagventil im Einlaßventil zwischen Steuerkammer und Anschluß in Richtung auf den Anschluß öffnend angeordnet wird

Dabei sind folgende pneumatische Verbindungen vorhanden:

Am Einlaßventil sind der äußere Luftweg mit einer Druckluftquelle, der innere Luftweg mit einem Bremszylinder oder anderen vVirkungsraum, die Steuerkammer entweder über das stromlose Vorsteuerventil mit dem Bremszylinder oder über das erregte Vorsteuerventil mit der Druckluftquelle; am Auslaßventil der äußere Luftweg mit dem Bremszylinder, der innere mit der Umgebung sowie die Steuerkammer entweder über das stromlose Vorsteuerventil mit dem Bremszylinder ooer über das erregte Vorsteuerventil mit der Umgebung verbunden. Außerdem führt am Einlaßventil von der Vorsteuerkammer eine pneumatische Verbindung über ein Rücksc hlagventil zur Druckluftquelle.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zur Sicherung eine; einfach zu fertigenden und strörr jngsgünstigon Lösung bei Montage des standardisierten elektropneumatischen Vorsteuerventils mit drei pneumatischen Anschlüssen, von denen zwei an dem Flansch enden, weisen erfindungsgemäß cie äußeren Wände der äußeren Luftwege je zwei Luftkanäle auf, von denen je ein erster auf der dem Membrankolben abgewandten Seite im äußeren Luftweg, ein zweiter an dem Träger und Luftverteiler endet und die auf der Jem M smbranf'olben zugewandten Seite an diesem vorbeiführen und an der Seite des Flansches so enden, daß durch Verdrehung des Flansches um 180° entweder der erste oder der zweite Luftkanal mit einem der am Flansch liegenden Anschlüsse des Vorsteuerventils in Verbindung steht, während der jeweils verbleibende Luftkanal durch ein Luftführjngsteil mit dem dritten gegenüberliegenden Anschluß des Vorsteuerventil& verbunden ist.

Ausführungsbeispiel Nachstehend soll die Frfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Dabei zeigen: Figur 1: Erfindungsgemäße Darstellung der Baugruppen Figur 2: Darstellung der Gestaltung der Luftwege in den Baugruppen Figur 3: Darstellung der elektrischen Schaltung Es zeigt sich folgende Anordnung: Wie in Figur 1 dargestellt, besteht das Stellglied aus einer ersten Baugruppe I und einer zweiten Baugruppe II, die an einem

gemeinsamen, hier nieht dargestellten Träger und Luftverteiler montiert sind.

Jede Baugruppe enthält einen Membrankolben 1, an dem ein innerer Luttweg 3 und ein äußerer Luftweg 4 münden, die als

konzentrische Zylinder ausgebildet sind, die in Richtung auf den Mumbrnnkolben 1 in solche Rotationskörper übergehen, bei denen der innere Luftweg 3 seinen Durchmesser allmählich erweitert und der äußere Luftweg 4 seinen Durchmesser allmählich verringert und beide in einen stumpfen, nahezu gestreckten Winkel aufeinander und auf die Ebene des Membrankolbens 1

treffen. Die Wandung zwischen den Luftwegen 3 und 4 besteht aus; MeU Il und Gummi, wobei seine Kontur keine wesentlichen

Kanten oder Nuten enthält. Das Gummiteil gewährleistet eine gute und gegen Einfrieren sichere Abdichtung mit dem Membrankolben 1 und gestattet die Arbeit des Stellgliedes mit hohen Schaltfrequenzen, wie sie für den Betrieb von Gleitschutzanlagen vorteilhaft sind. Durch die Ausrundung der Wandung ist der Durchmesser der Berührungsfläche mit dem Membrankolben 1 größer &ls der des inneren Luftweges 3, wodurch als wichtige Voraussetzung der Schnelligkeit des Stellgliedes ein geringer Membranhub bei großem Öffnungsquerschnitt gewährleistet wird.

Auf der anderen Seite des Membrankolbens 1 liegt eine trichter- oder scheibenförmige flache Steuerkammer 5, deren geringer Rauminhalt ebenfalls zur Schnelligkeit des Ventils beiträgt. Die Steuerkammer δ wird durch eine Wand 18 begrenzt, die einen Flansch 7 trägt, an den das Vorsteuerventil 6 unmittelbar angeflanscht ist, damit eine möglichst kurze pneumatische Verbindung gewährleistet ist.

Die Vorsteuerventile 6 haben am Flansch 7 zwei Anschlüsse E und F sowie einen dritten G auf der gegenüberliegenc en Seite. Folgende pneumatische Verbindungen sind ausgeführt:

An der ersten Baugruppe I sind der äußere Luftweg 4 über einen Anschluß D mit der Druckluftquelle, der innere Luftweg über einen Anschluß C mit dem Bremszylinder, die Kammer 5 entweder über das stromlose Vorsteuerventil 6, einen Anschluß G und den Anschluß C mit dem Bremszylinder oder über das erregte Vorsteuerventil 6, den Anschluß E und den Anschluß D mit der Druckluftquelle verbunden. Außerdem befindet sich an der ersten Baugruppe I zwischen Steuerkammer 5 und dem Anschluß D eine Verbindung mit einem in Richtung Anschluß D öffnenden Rückschlagventil 11.

Bei der zweiten Baugruppe Il sind der äußere Luftweg 4 über den Anschluß C mit dem Bremszylinder, der innere Luftweg 3 mit der Umgebung 0 sowie die Steuerkammer 5 entweder über das stromlose Vorsteuerventil 6, den Anschluß G und den Anschluß C mit dem Bremszylinder ocer über das erregte Vorsteuerventil 6 und den Anschluß E mit der Umgebung 0 verbunden. In Figur 2 sind weitere Einzelheiten zur Ausführung der Luftwege dargestellt. Die äußeren Wände 19.1 und 19.2 der äußeren Luftkanäle4.1 und 4.2 weisen je zwei Lüftkanäle 8.1 und 9.1 bzw. 8.2 und 9.2 auf, von denen je ein erster 8.1 bzw. 8.2 auf der dem Membrankolben 1 abgewandten Seito im äußeren Luftweg 4.1 bzw. 4.2, je ein zweiter 9.1 bzw. 9.2 an einem hier nicht dargestellten Träger und Luftverteiler endet und die auf der dem Membrankolben 1 zugewandten Seite an diesem vorbei an der Seite des Flansches 7.1 bzw. 7.2 so enden, daß bei der Baugruppe I der erste Luftkanal 8.1, bei der Baugruppe Il duich Drehung des Flansches um 180° jedoch der zwoite Luftkanal 9.2 mit den Anschlüssen E₁ bzw. Ej des Vorsteuerventils in Verbindung stehen, während der jeweils verblaibonde Luftkanal durch ein Luftführungsteil 10.1 bzw. 10.2 mit dem Anschluß G, b.'.w. G₂ des Vorsteuerventils in Verbindung stehen. Das Luftführungsteil 10.1 bzw. 10.2 ist dabei als Kappe gestaltet, die das Vorsteuerventil druckdicht umschließt und dadurch zuverlässig vor Umwelteinflüssen schützt.

Die elektrischen Anschlüsse 12.1 und 12.2 stehen mit dem nicht dargestellten steuernden Mikrorechner in Verbindung. Wie in Figur 3 dargestellt, sind die Baugruppe Il eine Induktivität 13, eine Kapazität 14 und ein kombinierter Schalter 15 als Bestandteile der Ausgangsschaltung des Mikrorechners vorhanden, wobei der Schalter 15 wechselweise die Induktivität 13 und über den elektrischen Anschluß 12.2 das elektropneumatische Vorsteuerventil 6 mit der Betriebsspannung verbindet, die Kapazität 14 parallel zum Schalter 1E und in Reihe zur Induktivität 13 liegt, durch Dioden 16 gegen Entladung über die Spannungsquelle 17 gesichert ist und durch den kombinierten Schalter 15 gleichsinnig und gleichzeitig zur Spannungsquelle 17 mit dem Vorsteuerventil 6 verbunden wird.

Durch die Anwendung der Erfindung gemäß Ausführungsbeispiel wird erreicht, daß der an einem druckluft jübremsten Fahrzeug mit dem Anschluß C verbundene Bremszylinder aus einem mit dem Anschluß D verbundenen Steuerventil gefüllt bzw. über dieses er.tleert werden und daß ein mit den Anschlüssen 12.1,12.2 verbundener Mikrorechner den Bremszylinderdruck absenken und wieder erhöhen kann, z. B. um den Schlupf der Räder zu regeln.

Die Geschwindigkeit und Präzision der Arbeit des erfindungsgemäßen Stellgliedes hat dabei wesentliche Folgen für Ökonomie und Sicherheit des Betriebes der Fahrzeuge

Es ergibt sich folgende Funktion:

Im GrundzL-'and sind die Vorsteuerventile 6.1,6.2 stromlos. Bei Bremsbeginn tritt am Anschluß D Druckluft in don äußeren Luftweg 4.1. Da die Steuerkammer 5.1 über die Anschlüsse F₁ und G₁, das l.uftführungsteil 10.1, den Luftkanal 9.1 und den Anschluß C mit dem Bremszylinder verbunden ist, kann die Druckluft im äußeren Luftweg 4.1 den Membrankolben 1.1 niederdrücken und in den Bremszylinder strömen. Von dort gelangt der Druck über den äußeren Luftweg 4.2, den Luftkanal 8.2, das Luftführungsteil 10.2, die Anschlüsse G₂ und F₂ zur Steuerkammer 5.2 der Baugruppe II, wo infolgedossen dor Membrankolben 1.2 nach oben gedrückt wird und keine Luft aus dem Bremszylinder vom äußeren Luftweg 4.2 über den inneren Luftweg 3.2 zur Umgebung 0 entweichen kann.

Wenn durch don Mikrorechner angesteuert wird, daß der Bremszylinderdruck nicht zu erhöhen ist, erfolgt dies durch Erregung des Vorsteuerventils 6.1, wobei der Anschluß F₁ vom Anschluß G₁ getrennt und mit dem Anschluß E₁ verbunden wird, wodurch der Druck vom Anschluß D über den äußeren Luftweg 4.1 und den Luftkanal 8.1 in die Steuerkammer 5.1 gelangt und den Membrankolben mit Unterstützung einer Druckfeder in der Steuerkammer nach oben drückt, so dau das Nachströmen von Druckluft in den Bremszylinder vom äußeren über den inneren Luftweg 4.1 bzw. 3.1 unterbrochen wird. Eine extrem kurze Tc Seit des Schaltvorganges ergibt sich dabei nicht nur durch die günstige Gestaltung der Teile, sondern auch die vorteilhafte pneumatische Schaltung, bei der der Druck in der Steuerkammer 5.1 zum Umschalten nur wenig erhöht zu werden braucht. Wenn durch den Mikrorechner angesteuert wird, da>4 der B-ernszylinderdruck abzusenken ist, erfolgt dies durch zusätzliche Erregung das Vorsteuerventils 6.2 der Baugruppe II, wobei der Anschluß F₂ vom Anschluß G₂ getrennt und mit dem Anschluß E₁ verbunden wird, wodurch die Steuerkammer 5.2 über den Luftkanal 9.2 entlüftet wird, so daß der Membrankolben 1.2 nach unten gedrückt wird und die Luft aus dem Bremszylinder über äußeren und inneren Luftweg 4.". ozw. 3.2 in die Umgebung 0 entweicht. Vor Begin" · >\ Erregung des Vorsteuerventils 6.2 wird zunächst durch den kombinierten Schalter 15 der Stromfluß durch die Induktivität 13 unterbrochen, wodurch die Kapazität auf eine hohe Spannung aufgeladen wird, die bei weiterer Umschaltung des kombinierten Schalters 15 an das Vorsteuerventil 6 angelegt wird, wodurch die Umsteuerung entsprechend beschleunigt wird. Durch die genannten Merkmale des A;isführungsbeispi. Is ist gewährleistet, daß die Arbeitsgeschwindigkeit des Stellgliedes der eines Mikrorechners bei der Berecr · ing der Regelant/vort der Schlupfregelung entspricht, so daß die Vorteile des Mikrorechnereinsatzes voll wirksam werden können.

Claims

1. Elektropneumatisciies Stellgl'od für Druckluftbremsanlagen mit einem Einlaßventil, dessen äußerer Luftweg mit der Druckluftquelle und dessen innerer Luftweg mit dem Bremszylinder oder einem anderen Wirkungsraum verbunden sind, und einem Auslaßventil, dessen äußerer Luftweg mit dem Bremszylinder und dessen innerer Luftweg mit der Umgebung verbunden sind, mit jeweils einer im Ventilgehäuse des Einlaßventiles und im Ventilgehäuse des Auslaßventils fest eingespannten Membran mit Ventilteller, die die beiden koaxial und konzentrisch angeordneten Luftwege von der trichter- oder scheibenförmigen Steuerkammer trennt, wobei die Steuerkammer von einer Wand begrenzt wird, an die das elektropneumatische Vorsteuerventil, das vorzugsweise von einem Mikroprozessor angesteuert wireI und drei pneumatische Anschlüsse besitzt, unmittelbar angeflanscht ist, wobei das Vorsteuerventil des Einlaßventiles in erregtem Zustand ci'e Steuerkämmer mit der Druckluftquelle und das Vorsteuerventil des Auslaßventiles in en estern Zustand die Steuerkammer mit der Umgebung verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaß- und das Auslaßventil im wesentlichen den gleichen Aufbau besitzen, die Luftwege 13 und 4) in Richtung auf die Membrankolben (1) in solche Rotationskörper übergehen, bei denen der innere Luftweg (3) seinen Durchmesser allmählich erweitert und der äußere Luftweg (4) seinen Durchmesser allmählich verringert und beide in einem stumpfen, nahezu gestreckten Winkel aufeinander und auf die Ebene des Membrankolbens (1) treffen, bei jeweils stromlosem Voi Steuerventil (6) die Steuerkammern (5) des Einlaß- und des Auslaßventils über das jeweilige Vorsteuerventil (6) und die Anschlüsse (F, G und C) mit dem Bremszylinder verbunden sind, und ein Rückschlagventil (11) im Einlaßventil zwischan Steuerkammer (5) und Anschluß (D) in Richtung des Anschlusses (L)) öffnend vorgesehen wird.

2. Elektropneumatisches Stellglied nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die äußeren Wände (19.1,19.2) der äußeren Luftwege (4.1,4.2) je zwei Luftkanäle (8.1 und 9.1 bzw. 8.2 und 9.2) aufweisen, von denen je ein erster (8.1,8.2) aufderdem Membrankolben (1) abgewandten Seite im äußeren Luftweg (4.1,4.2), ein zweiter (9.1,9.2) am Träger und Luftverteiler enden und die auf der dem Membrankolben (1) zugewandten Seite an diesem vorbeiführen und an der Seite des Flansches (7.1 und 7.2) so enden, daß durch Verdrehung des Flansches um 180° entweder der erste oder der zweite Luftkanal mit dem Anschluß (E 1, E2) des Vorsteuerventils (6.1,6.2) in Verbinaung steht, während der jeweils verbleibende durch ein Luftführungsteil (10.1,10.2) mit dem Anschluß (G 1, G 4) verbunden ist.