DE10120322C1

DE10120322C1 - Vorgesteuertes Ventil mit einer Ventilsitzanordnung

Info

Publication number: DE10120322C1
Application number: DE10120322A
Authority: DE
Inventors: Friedbert Roether; Siegmund Deja; Eberhard Schaffert
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: US6948525B2; BR0209178B1; US20040232367A1; DE50201309D1; ATE279342T1; JP4191595B2; EP1385730A1; WO2002102636A1; TR200402847T4; EP1385730B1; JP2004529816A; BR0209178A

Abstract

Vorgesteuertes Ventil, insbesondere elektropneumatisches Regelventil für ein Druckluftbremssystem eines Fahrzeuges, mit einem einen axial verstellbaren Steuerkolben (5) enthaltenden Ventilgehäuse (1), der zur Axialverstellung über mindestens ein elektromagnetisches Vorsteuerventil (6) beaufschlagbar ist, und der zur Betätigung einer den Druckluftfluss zwischen zumindest einem außenliegenden Bremsleitungsanschluss, einem Speisedruckanschluss sowie einem Entlüftungsanschluss (17) schaltenden Ventilsitzanordnung (9) vorgesehen ist, die im wesentlichen aus einer topfartigen Dichtmanschette (12) mit koaxialem Durchbruch (23) besteht, deren kreisringförmige Dichtfläche (13) mit einer aus einem äußeren Ventilsitz (11) und einem inneren Ventilsitz (10) gebildeten koaxialen Ventilsitzanordnung korrespondiert, wobei die Dichtmanschette (12) eine randquerschnittsmäßig im wesentlichen U-förmig ausgebildete innenliegende Verstärkungseinlage (24) aufweist, die mit einem radial nach innen gerichteten und den innenradialen Bereich der Dichtfläche (13) verstärkenden angeformten Ansatz (25) versehen ist, wobei die beiden Schenkel (26, 27) der Verstärkungseinlage (24) in zugeordnete Dichtlippenabschnitte (20, 21) der Dichtmanschette (12) verstärkend hineinragen.

Description

Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Ventil, insbesondere ein elektropneumatisches Regelventil für ein Druckluftbremssystem eines Fahrzeuges, mit einem axial verstellbaren Steuerkolben enthaltenden Ventilgehäuse, der zur Axialverstellung über mindestens ein elektromagnetisches Vorsteuerventil beaufschlagbar ist, und der zur Betätigung einer den Druckluftfluss zwischen mindestens einem außenliegenden Bremsleitungsanschluss, einem Speisedruckanschluss sowie einem Entlüftungsanschluss schaltenden Ventilsitzanordnung vorgesehen ist, die im Wesentlichen aus einer topfartigen Dichtmanschette mit koaxialem Durchbruch besteht, deren kreisringförmige Dichtfläche mit einem äußeren Ventilsitz und einem inneren Ventilsitz korrespondiert. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine spezielle Ausgestaltung der Dichtmanschette.

Ein gattungsgemäßes vorgesteuertes Ventil wird beispielsweise als elektropneumatisches Regelventil innerhalb eines Druckluftbremssystems eines Nutzfahrzeuges eingesetzt, um einen Bremsdruck entsprechend der gewünschten Bremswirkung auszuregeln. Eine vom Regelventil ausgehende Bremsleitung steht zu diesem Zwecke gewöhnlich mit einem Bremszylinder in Verbindung, der am Fahrzeugrand angeordnet ist und die zum Bremsen benötigte Bremskraft für eine hieran angeschlossene Scheiben- oder Trommelbremse erzeugt. Die Vorgabe des Druck-Sollwertes für das elektropneumatische Regelventil kann sowohl elektrisch als auch pneumatisch erfolgen. Die pneumatische Ansteuerung wird meist jedoch nur zur Sicherheit im Falle eines Ausfalls der elektrischen Ansteuerung genutzt.

Aus der DE 196 05 562 A1 ist ein derartiges elektropneumatisches Regelventil bekannt. Das Regelventil weist einen innerhalb eines Ventilgehäuses untergebrachten großflächigen Steuerkolben auf, der über eine korrespondierende Steuerkammer axial bewegbar ist. Gegenüberliegend der Steuerkammer grenzt der Steuerkolben an eine Arbeitskammer. Seitens der Arbeitskammer ist ein koaxialer Hohlzapfen am Steuerkolben ausgebildet, der zur Betätigung einer benachbarten Ventilsitzanordnung dient. Die Ventilsitzanordnung schaltet durch eine axiale Verstellung einer federverspannten Dichtmanschette den Druckluftfluss zwischen einem außenliegenden Bremsleitungsanschluss, einem Speisedruckanschluss sowie einem Ent lüftungsanschluss.

Über eine Vorsteuerventilanordnung ist der Steuerkolben mit einem Steuerdruck seitens der Steuerkammer beaufschlagbar. Die Vorsteuerventilanordnung besteht hier aus zwei elektro magnetischen Vorsteuerventilen, die durch eine koordinierte Bestromung der integrierten e lektrischen Spulen ein Ansteigen, Halten oder Absenken des Steuerdrucks innerhalb der Steu erkammer bewirken. Auf der dem Steuerkolben gegenüberliegenden Seite wirkt eine aus dem Bremsdruck resultierende Gegenkraft.

Die vom Steuerkolben derart betätigbare Ventilsitzanordnung umfasst die topfartig ausgebil dete Dichtmanschette, welche mit einem koaxialen Durchbruch versehen ist, um hierdurch die bei der Entlüftung der Steuerkammer anfallende Abluft an den Entlüftungsanschluss zu leiten. Die verbleibende kreisringförmige Dichtfläche der Dichtmanschette bildet gemeinsam mit einem gegenüberliegenden äußeren Ventilsitz, der einen koaxialen inneren Ventilsitz um schließt, eine korrespondierende Ventilsitzanordnung.

Eine Druckluftbeaufschlagung des mit der Arbeitskammer in Verbindung stehenden Brems leitungsanschlusses erfolgt durch Niederdrücken der Dichtmanschette, wobei diese vom äuße ren Ventilsitz abhebt, so dass ein Druckluftfluss vom Speisedruckanschluss zur Arbeitskam mer freigegeben wird. Eine Entlüftung der mit dem Bremsleitungsanschluss in Verbindung stehenden Arbeitskammer wird durch ein Abheben des einstückig mit dem Steuerkolben aus gebildeten inneren Ventilsitzes erreicht, wobei ein Druckluftfluss ausgehend von der Arbeits kammer zum Entlüftungsanschluss erfolgt.

Die mit der vorstehend beschriebenen bekannten Ventilsitzanordnung erreichbare Regelqua lität ist dadurch begrenzt, dass eine relativ große Kraftkomponente von unten her auf die Dichtmanschette in Richtung des Steuerkolbens wirkt, welche im Wesentlichen durch die Einflüsse des Bremsdrucks verursacht wird. Dieser unteren Kraftkomponente steht zur ande ren Seite der Dichtmanschette eine obere Kraftkomponente gegenüber, die aufgrund einer kleineren wirksamen Fläche - verursacht durch die koaxiale Anordnung der beiden Ventilsit ze - in Verbindung mit dem Druck in der Arbeitskammer bei der abgeschlossenen Ventil stellung einen kleineren Betrag aufweist. Dieses Ungleichgewicht der beiden Kraftkompo nenten führt zu einer relativ großen Hysterese der Ventilsitzanordnung, was die Regelqualität negativ beeinflusst.

Es ist bereits versucht worden, die wirksame kreisringförmige Dichtfläche der Dichtman schette zu vergrößern, indem der Kolbensitzdurchmesser weiter verkleinert wird. Hierbei hat sich jedoch herausgestellt, dass die Dichtmanschette im inneren Randbereich derart ungünstig beansprucht wird, dass eine zuverlässige Dichtheit und exakte Ventilfunktion nicht erzielbar ist. Eine Vergrößerung des äußeren Ventilsitzes kommt wegen baulich bedingter Restriktio nen nicht in Betracht.

Die Dichtmanschette besteht aus einem Elastomer und weist eine Verstärkungseinlage auf, die randquerschnittsmäßig im Wesentlichen rechtwinklig ausgebildet ist, wobei der waage rechte, unterhalb der Dichtfläche verlaufende Schenkel sich an einen senkrechten, entlang eines außenliegenden Dichtlippenabschnittes erstreckenden Schenkels anschließt, um inso weit die Außenflanke der Dichtmanschette zu verstärken. Mit dieser Geometrie ist eine Ver größerung der Kraftkomponente oberhalb der Dichtmanschette bei den vorstehend angegebe nen Randbedingungen nicht erreichbar. Im Extremfall kann es durch Einwirkung des inneren Ventilsitzes zu einem Abscheren von Dichtungsmaterial an der Dichtmanschette kommen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes vorgesteuertes Ventil dahingehend weiterzuverbessern, dass die im Zusammenhang mit der Ventilsitzanord nung zum Einsatz kommende Dichtmanschette eine Verkleinerung des inneren Ventilsitz durchmessers zur Vergrößerung der Kraftkomponente oberhalb der Dichtmanschette ermög licht und gleichzeitig eine zuverlässige Dichtfunktion im Dauerbetrieb sicherstellt.

Die Erfindung wird ausgehend von einem vorgesteuerten Ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgen den abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass eine Dichtmanschette eine rand querschnittsmäßig im Wesentlichen U-förmig ausgebildete innenliegende Verstärkungseinla ge aufweist, die mit einem radial nach innen gerichteten und den innenradialen Bereich der Dichtfläche verstärkenden angeformten Ansatz versehen ist, wobei die beiden Schenkel der Verstärkungseinlage in zugeordnete Dichtlippenabschnitte der Dichtmanschette verstärkend hineinragen.

Der Vorteil einer derartig ausgebildeten Dichtmanschette liegt darin, dass der kritische, mit dem inneren Ventilsitz korrespondierende Bereich der Dichtfläche durch eine speziell unter stützend ausgestaltete Geometrie der Verstärkungseinlage derartig gestützt wird, dass der Ventilsitzdurchmesser weiter reduziert werden kann, um insoweit die wirksame Ringfläche oberhalb der Dichtmanschette zu vergrößern, ohne die axiale Beweglichkeit der Dichtman schette zu behindern. Infolgedessen wird eine kleinere Ventilhysterese erreicht, was zu einer besseren Regelqualität eines elektropneumatischen Regelventils Führt.

Vorzugsweise besteht die Verstärkungseinlage aus einem - gegenüber dem umgebenen e lastomeren Dichtmaterial der Dichtmanschette - relativ starren Kunststoff, der in die Dicht manschette einvulkanisiert ist. Daneben ist es auch denkbar, eine Verstärkungseinlage aus Stahl, Aluminium oder dergleichen zu verwenden.

Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme sind die beiden von der Dichtlippen manschette ausgehenden ringförmigen Dichtlippenabschnitte in etwa gleichlang ausgebildet, um im Zusammenwirken mit den ebenfalls gleichlang ausgebildeten Schenkeln der Verstär kungseinlage eine gleichmäßige Qualität der Dichtung zu gewährleisten, ohne dass unter schiedlich hohe Anlagekräfte an den zur Dichtmanschette korrespondierenden Gehäusebe standteilen zu einer Behinderung der axialen Bewegbarkeit der Dichtmanschette führt.

Gemäß einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme kann durch den Durchbruch in der Dichtmanschette hindurch ein Rohrabschnitt mit einem Entlüftungskanal hindurchge führt werden, um die bei der Entlüftung der Steuerkammer anfallende Abluft direkt in den Bereich des Entlüftungsanschlusses zu leiten. Dementsprechend ist der Durchmesser des Durchbruchs auf den Durchmesser des Rohrabschnitts derart abgestimmt, dass ein noch aus reichender kreisringförmiger Strömungsquerschnitt zur Entlüftung der Arbeitskammer zur Verfügung steht.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein elektropneumatisches Regelventil mit einer erfin dungsgemäß ausgebildeten Dichtmanschette,

Fig. 2 einen detaillierten Längsschnitt im Bereich der Ventilsitzanordnung von Fig. 1, und

Fig. 3 einen gesonderten Längsschnitt durch die Dichtmanschette.

Das elektropneumatische Regelventil gemäß Fig. 1 weist ein zweigeteiltes Gehäuse auf, das aus einem unteren Relaisventilgehäuse 1 besteht, welches mit einem oberen Vorsteuerventil gehäuse 2 über ein dazwischenliegendes Dichtelement 3 mittels einer Verschraubung verbun den ist. Das Relaisventilgehäuse 1 und das Vorsteuerventilgehäuse 2 schließen einen als Steu erkammer 4 ausgebildeten innenliegenden Hohlraum ein, in dem ein Steuerkolben 5 axial bewegbar angeordnet ist. Zur axialen Verstellung des Steuerkolbens 5 dient eine im Vorsteu erventilgehäuse 2 untergebrachte Vorsteuerventilanordnung, von der hier lediglich ein als Auslassmagnet dienendes Vorsteuerventil 6 gezeigt ist. Die Vorsteuerventilanordnung wird über eine ebenfalls im Vorsteuerventilgehäuse 2 angeordnete Elektronikeinheit 7 elektrisch angesteuert.

Das gezeigte Vorsteuerventil 6 entlüftet bei Betätigung die Steuerkammer 4, wobei die anfal lende Abluft über einen koaxialen Entlüftungskanal 7 an die Atmosphäre abgeleitet wird. Ne ben dem als Auslassventil dienenden Vorsteuerventil 6 ist ein (hier nicht gezeigtes) zweites Vorsteuerventil als Einlassventil vorhanden, das für eine Beaufschlagung der Steuerkammer 4 mit einem Steuerdruck dient, um den Steuerkolben 5 axial zu vorstellen.

Infolge der Beaufschlagung der Steuerkammer 4 betätigt der Steuerkolben 5 über eine untere hülsenartige koaxiale Anformung eine Ventilsitzanordnung 9. Das distale Ende der koaxialen Anformung ist als innerer Ventilsitz 10 ausgebildet. Neben dem inneren Ventilsitz 10 ist ein koaxial in derselben Ebene angeordneter äußerer Ventilsitz 11 vorgesehen, der ortsfest ge genüber dem Relaisventilgehäuse 1 angeordnet ist. Beide Ventilsitze 10 und 11 wirken mit einer topfartigen Dichtmanschette 12 zusammen, deren Dichtfläche 13 an den beiden Ventil sitzen 10 und 11 in einer abgeschlossenen Schaltposition des Regelventils zur Anlage kommt, was unter anderem durch die Wirkung einer zwischen dem Relaisventilgehäuse 1 und der Dichtmanschette 12 angeordneten Druckfeder 14 erfolgt. Über diese Ventilsitzanordnung 9 ist der Druckluftfluss zwischen einem am Relaisventilgehäuse 1 angeordneten Bremsleitungsan schluss 15 einerseits sowie einem (hier nicht erkennbaren) Speisedruckanschluss, der mit ei ner internen Speisedruckkammer 16 in Verbindung steht, und einem Entlüftungsanschluss 17 andererseits schaltbar. Der Entlüftungsanschluss 17 ist zusätzlich mit einem Schalldämpfer 18 zur Geräuschminderung der aus einer mit dem Bremsleitungsanschluss 15 verbindbaren Ar beitskammer 19 sowie der aus dem Entlüftungskanal 8 ausströmenden Abluft versehen.

Das elektropneumatische Regelventil ist hier in seiner abgeschlossenen Schaltstellung ge zeigt. Bei Beaufschlagung der Steuerkammer 4 mit einem Steuerdruck und darauffolgender Bewegung des Steuerkolbens 5 in Richtung einer unteren Position erfolgt durch Öffnen des äußeren Ventilsitzes 11 ein Druckluftfluss, ausgehend von der Speisedruckkammer 16 über die Arbeitskammer 19 zum Bremsleitungsanschluss 15, um insoweit den Bremsdruck zu er höhen.

Bei einer Entlüftung der Steuerkammer 4 wird der Steuerkolben 5 in eine obere Position über führt, wobei der innere Ventilsitz 10 geöffnet wird, so dass ausgehend vom Bremsleitungsan schluss 15 Druckluft über die Arbeitskammer 19 zum Entlüftungsanschluss 17 gelangt, um den Bremsdruck entsprechend abzusenken. Somit wird der Bremsdruck hier durch eine wech selseitige Bewegung des Steuerkolbens 5 beeinflusst.

Wie aus der Detaildarstellung gemäß Fig. 2 hervorgeht, weist die Dichtmanschette 12 der Ventilsitzanordnung 9 einen innenradialen Dichtlippenabschnitt 20 sowie einen außenradialen Dichtlippenabschnitt 21 auf, die dichtend an rohrförmigen Abschnitten einer ortsfest gegen über dem Relaisventilgehäuse 1 angeordneten Einsatzhülse 22 zur Anlage kommen und die Feder 14 einschließen. Durch einen Durchbruch 23 in der Dichtmanschette 12 verläuft ein den Entlüftungskanal 8 enthaltener Rohrabschnitt 24, um die bei der Entlüftung der (hier nicht dargestellten) Steuerkammer anfallende Abluft in den Bereich des Entlüftungsanschlusses zu leiten.

Gemäß Fig. 3 besitzt die Dichtmanschette 12 eine randquerschnittsmäßig im Wesentlichen U-förmig ausgebildete innenliegende ringförmige Verstärkungseinlage 24. Die Verstärkungs einlage 24 besteht hier aus einem gegenüber des elastomeren Dichtmaterials der Dichtman schette 12 relativ starren Kunststoff und ist durch Einvulkanisieren in die Dichtmanschette 12 eingebracht. Die Verstärkungseinlage 24 ist mit einem radial nach innen gerichteten Ansatz 25 versehen, um den innenradialen Bereich der Dichtfläche 13 zusätzlich zu verstärken. Zwei Schenkel 26 und 27 der Verstärkungseinlage 24 ragen je in die beiden Dichtlippenabschnitte 20 und 21 hinein, um die Stabilitätseigenschaften der Dichtmanschette 12 zu erhöhen und insoweit die Dichtungseigenschaften zu verbessern. Die beiden Dichtlippenabschnitte 20, 21 der Dichtlippenmanschette 12 sind hier gleichlang ausgebildet und wirken mit ebenfalls gleichlangen, jedoch kürzeren Schenkeln 26, 27 der innenliegenden Verstärkungseinlage 24 zusammen.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend angegebene, bevorzugte Ausführungs beispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, die vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit erfasst sind. So können beispielsweise die Längen- und Durchmesserverhältnisse der Dichtmanschette im Rahmen des Schutzbereiches variieren.

Bezugszeichenliste

1

Relaisventilgehäuse

2

Vorsteuerventilgehäuse

3

Dichtelement

4

Steuerkammer

5

Steuerkolben

6

Vorsteuerventil

7

Elektronikeinheit

8

Entlüftungskanal

9

Ventilsitzanordnung

10

innerer Ventilsitz

11

äußerer Ventilsitz

12

Dichtmanschette

13

Dichtfläche

14

Feder

15

Bremsleitungsanschluss

16

Speisedruckanschluss

17

Entlüftungsanschluss

18

Schalldämpfer

19

Arbeitskammer

20

,

21

Dichtlippenabschnitt

22

Einsatzhülse

23

Durchbruch

24

Verstärkungseinlage

25

Ansatz

26

,

27

Schenkel

Claims

1. Vorgesteuertes Ventil, insbesondere elektropneumatisches Regelventil für ein Druckluftbremssystem eines Fahrzeuges, mit einem einen axial verstellbaren Steuerkolben (5) enthaltenden Ventilgehäuse (1), der zur Axialverstellung über mindestens ein elektromagnetisches Vorsteuerventil (6) beaufschlagbar ist, und der zur Betätigung einer den Druckluftfluss zwischen zumindest einem außenliegenden Bremsleitungsanschluss (15), einem Speisedruckanschluss sowie einem Entlüftungsanschluss (17) schaltenden Ventilsitzanordnung (9) vorgesehen ist, die im wesentlichen aus einer topfartigen Dichtmanschette (12) mit koaxialem Durchbruch (23) besteht, deren kreisringförmige Dichtfläche (13) mit einem äußeren Ventilsitz (11) und einem inneren Ventilsitz (10) korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmanschette (12) eine randquerschnittsmäßig im wesentlichen U-förmig ausgebildete innenliegende Verstärkungseinlage (24) aufweist, die mit einem radial nach innen gerichteten und den innenradialen Bereich der Dichtfläche (13) verstärkenden angeformten Ansatz (25) versehen ist, wobei die beiden Schenkel (26, 27) der Verstärkungseinlage (24) in zugeordnete Dichtlippenabschnitte (20, 21) der Dichtmanschette (12) verstärkend hineinragen.

2. Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungseinlage (24) aus einem gegenüber des elastomeren Dichtmaterials der Dichtmanschette (12) relativ starren Kunststoff besteht, der in die Dichtmanschette (12) einvulkanisiert ist.

3. Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungseinlage (24) aus Stahl oder Aluminium besteht.

4. Vorgesteuertes Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dichtlippenabschnitte (20, 21) der Dichtmanschette (12) in etwa gleichlang ausgebildet sind und mit ebenfalls gleichlangen, jedoch kürzeren Schenkeln (26, 27) der innenliegenden Verstärkungseinlage (24) zusammenwirken.

5. Vorgesteuertes Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Durchbruch (23) in der Dichtmanschette (12) ein Rohrabschnitt (24) mit einem Entlüftungskanal (8) verläuft, um die bei der Entlüftung der Steuerkammer (4) anfallende Abluft direkt in den Bereich des Entlüftungsanschlusses (17) zu leiten.