DE10158065A1 - Redundanzdruck-Umschaltventil für elektronisch-pneumatische Bremsanlage - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemäße Redundanz-Umschaltventil erweitert auf einfache Weise einen Rad-EBS-Bremsdruckmodulator um die Redundanz-Funktion und verwendet hierzu Baueinheiten, die im Bremsdruckmodulator selbst ohnehin bereits vorhanden sind. Da die Redundanzdruck-Erzeugung eine Teilfunktion des Bremswertgebers darstellt, werden daher neben dem Modulator zur Bildung des Bremsdruckes für den Rad-Bremszylinder keinerlei weitere Geräte benötigt. DOLLAR A Das Redundanz-Umschaltventil ist als kleiner zylindrischer Körper ausgebildet und kann sehr einfach als Patrone in ein im Bremsmodulator angebrachtes, mit einem Gewinde versehenes Sackloch eingeschraubt werden. DOLLAR A Im Redundanzfall ist am von außen zugänglichen Anschluß des Redundanz-Umschaltventils der Redundanzdruck angelegt, dieser wird dann über den Relaisventil-Teil des Bremsdruckmodulators verstärkt und an den Rad-Bremszylinder weitergegeben.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Umschalt-Ventileinrichtung, insbesondere für eine in einem Fahrzeug installierte elektronisch-pneumatische Bremsanlage, bei der bei Ausfall des elektronisch geregelten Bremsdrucks ein auf mechanisch-pneumatischem Weg erzeugter Redundanzdruck zur Bremsung des Fahrzeugs verwendet wird.
• Im Stand der Technik gibt es eine Reihe von Lösungen zur Bremsdruck-Umschaltung von dem elektronisch geregelten Bremsdruck [EBS-Bremsdruck] auf den Redundanzdruck; diese Umschaltung muß derart ausgestaltet sein, daß sie z. B. bei einem Elektronik-Ausfall automatisch wirksam ist.
• Aus der WABCO-Firmenschrift "EBS (EPB) - Elektronisch geregeltes Bremssystem" [Wabcodruck 815 000 231 3/02.98] ist ein Redundanzventil "480 205 . . . 0" bekannt [dort Seite 13/14], bei dem eine 3/2-Wegeventilfunktion zur Zurückhaltung der Redundanz bei intaktem elektropneumatischen Bremskreis verwendet wird. Der EBS-Bremsdruck ist als Steuerdruck am Eingang [dort (42)] angelegt und gelangt durch den Druckkanal im Magneten und den im Nicht-ABS-Fall offenen Ventilsitz des 2/2-ABS-Magnetventils auf die Steuerfläche des 3/2-Wegeventil-Umschaltkolbens [dort oberer Kolben].
• Durch diese Druckbetätigung wird der Umschaltkolben nach unten verschoben, so daß der Ventilsitz des über ihm angeordneten und von ihm betätigten Plattenventils schließt und der am Redundanzdruck-Eingang [dort (41)] anliegende Redundanzdruck abgesperrt wird; hiermit ist die Funktion des Redundanzventils für den Fall des vorhandenen EBS-Bremsdrucks abgeschlossen, da die Regelung des Bremsdrucks selbst durch den Achsmodulator vorgenommen wird, der die Pneumatik-Bremsleitungen [dort (21), (22)] mit Druck beaufschlagt.
• Ergänzt sei, daß im Falle einer ABS-Regelung der Magnet des 2/2-ABS-Magnetventils bestromt, sein Ventilsitz geschlossen und der am Umschaltkolben anliegende Druck damit eingekammert wird; hierdurch wird verhindert, daß es bei einem Bremsdruckabbau im Rahmen der ABS-Regelung zu einem unerwünschten Öffnen des erläuterten Plattenventils kommt.
• Liegt dagegen an der Umschaltkolben-Steuerfläche kein Druck an, so ist das genannte Plattenventil geöffnet, und der Redundanzdruck gelangt zum Relaisteil des Redundanzventils, nämlich zur Steuer-Ringfläche des räumlich unter dem Umschaltkolben angeordneten Relaiskolbens. Dieser Relaisteil gibt den Redundanzdruck luftmengenverstärkt, aber mit einer Druckreduzierung von 2 : 1 (Flächenverhältnis Rückführungs-Ringfläche zu Steuer-Ringfläche) am Redundanzdruckausgang [dort (2)] aus, und er wird von dort aus zum Achsmodulator und den erläuterten Bremsleitungen weitergeleitet.
• Bei dem bekannten WABCO-Gerät "Einfach-Redundanz 480 205 104 0", das in Fig. 5 als Schnittzeichnung dargestellt ist, wird bei fehlerhafter EBS (Redundanz- Fall) der am Steuerdruck-Eingang (52) anliegende, vom Bremswertgeber erzeugte, Redundanzdruck am Relaisventil-Ausgang (51) luftmengenverstärkt ausgegeben. In dieser Schaltstellung ist die Spule des als Pilotventil wirkenden 3/2-Magnetventils (55) stromlos, so daß der Entlüftungs-Dichtsitz (56) geschlossen ist; der Belüftungs-Dichtsitz (57) ist dagegen geöffnet, so daß der am Steuerdruck-Eingang (52) anliegende Druck über den Druckkanal (58) im Inneren des Steuermagneten und den geöffneten Belüftungs-Ventilsitz (57) zur Relaisventil- Steuerkammer oberhalb des Relaisventil-Kolbens (53) gelangt. Mit der Betätigung des Auslaßventils (54) durch den Relaisventil-Kolben (53) wird immer gerade diejenige Luftmenge zum Relaisventil-Ausgang (52) durchgesteuert, die zur Folge hat, daß der ausgesteuerte Druck gleich dem Redundanzdruck ist.
• Bei fehlerfreier EBS (EBS-Fall) - dieser Zustand ist in Fig. 5 gezeigt - ist der Belüftungs-Dichtsitz (57) geschlossen; die Steuerkammer des Relaisventils wird nun über den geöffneten Entlüftungs-Dichtsitz (56) und die Geräte-Entlüftung (59) entlüftet, so daß der Relaiskolben (53) in seine federbelastete Grundstellung zurückgeschoben wird. Das Aussteuerventil (54) bleibt in seiner federbelasteten Grundstellung, der Abschlußstellung, so daß der Relaisventil-Ausgang (51) vom Versorgungsdruck-Eingang (50) abgesperrt ist.
• Die erläuterte Ventileinrichtung stellt also im Redundanz-Fall einen luftmengenverstärkten Redundanz- Bremsdruck zur Verfügung. Zur Einspeisung dieses Bremsdruckes in die Bremszylinder der Bremsanlage, bzw. zur Einspeisung des elektronisch erzeugten Bremsdruckes für den EBS-Fall, sind weitere Ventilmittel erforderlich.
• Bei der Erzeugung des Redundanz-Bremsdruckes entsprechend dem Stand der Technik ist nachteilig, daß diese Geräte einen großen Bauraum benötigen und durch die erforderliche Bauteil-Präzision mit vergleichweise hohen Herstellkosten belastet sind. Außerdem sind verschiedenartige Einrichtungen, einmal zur Bremsdruck-Erzeugung, zum anderen zur Bremsdruck-Umschaltung im EBS- bzw. Redundanz-Fall, und schließlich zur Einspeisung in die Bremszylinder erforderlich.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Redundanzdruck-Umschaltung anzugeben, die gegenüber den bekannten Lösungen erheblich kostenreduziert ist und mit der die Anzahl der Komponenten reduziert ist. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie direkt in einen Bremsdruckmodulator einer elektronisch-pneumatischen Bremsanlage integriert werden kann, was den Bauraum zusätzlich verringert.
• Mit der Integration in einen Bremsdruckmodulator werden vorteilhafterweise die im Bremsdruckmodulator ohnehin vorgesehenen Einrichtungen mitbenutzt; so sind Einrichtungen zur Luftmengenverstärkung nur einmal vorhanden, die je nach Betriebsart sowohl im EBS- als auch im Redundanz-Fall verwendet werden.
• Schließlich werden für eine elektronisch-pneumatische Bremsanlage nur noch zwei Komponenten benötigt, nämlich der Bremswertgeber (oder Motorwagenbremsventil) zur Erzeugung der elektrischen und pneumatischen Brems-Vorgaben und der mit der erfindungsgemäßen Umschalt-Ventileinrichtung ausgerüstete Bremsdruckmodulator.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert.
• Es zeigen:
• Fig. 1 Das Blockschaltbild eines in Form eines EBS-Radmodulators ausgeführten Bremsdruckmodulators mit dem Redundanzdruck-Umschaltventil;
• Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil des EBS-Radmodulators mit Darstellung des Redundanzdruck-Umschaltventils in der Redundanzstellung bei nicht aktiver EBS-Regelung;
• Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil des EBS-Radmodulators mit Darstellung des Redundanzdruck-Umschaltventils in der Elektronik- Bremsstellung bei aktiver EBS-Regelung;
• Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des im Redundanzdruck-Umschaltventil als Ventil- Schaltelement dienenden Ventil-Umschaltkörpers;
• Fig. 5 eine Schnittdarstellung des bekannten, bereits vorstehend erläuterten WABCO-Gerätes "Einfach-Redundanz 480 205 104 0".
• In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Redundanz-Umschaltventil (4) bei einer Ausführungsform des Bremsdruckmodulators als EBS-Radmodulator (1) dargestellt, wobei ergänzend erwähnt sei, daß das Redundanz-Umschaltventil auch in anderen Bremsdruckmodulator-Ausführungsformen eingesetzt werden kann.
• Zur Bildung des elektronisch geregelten pneumatischen Bremsdrucks ist eine Magnetventil-Vorsteuereinheit (2) vorgesehen, welche aus zwei in taktender Weise betriebenen 2/2-Magnetventilen besteht, einem stromlos geschlossenen Belüftungs-Magnetventil (5), das mit der Druckversorgung (20) verbunden ist, und einem stromlos offenen Entlüftungs-Magnetventil (6), welches über das unten erläuterte Redundanz-Umschaltventil (4) an die Entlüftung (21) angeschlossen ist.
• Dieser Vorsteuereinheits-Teil des EBS-Radmodulators ist pneumatisch mit einem Relaisventil-Teil (3) derart verbunden, daß in der Steuerkammer des Relaisventils (3) durch Betätigung der Magnetventile (5) und (6) ein Brems-Steuerdruck gebildet wird, welcher durch das Relaisventil (3) verstärkt an seinem Bremsdruck-Ausgang (22) ausgegeben wird; dieser Ausgang ist pneumatisch mit dem Bremszylinder des Rades, für den der EBS-Radmodulator vorgesehen ist, verbunden.
• Das Redundanz-Umschaltventil (4) ist als penumatisch gesteuertes 3/2-Wegeventil aufgebaut, d. h. es verfügt über zwei Schaltstellungen und 3 Anschlüsse. Es ist in Fig. 1 in seiner ersten Schaltstellung, der Elektronik- Bremsstellung, gezeichnet.
• Der erste Anschluß (7) ist als Eingang ausgebildet, an welchen der Redundanzdruck angelegt wird. Die Trennlinie (23) zeigt an, daß die Anlage des Redundanzdruckes an den EBS-Radmodulator (1) von extern aus erfolgt; der Redundanzdruck (10) wird im Motorwagenbremsventil des Fahrzeugs erzeugt und wird über ein dort vorgesehenes stromlos offenes 3/2-Magnetventil (24) ausgegeben und wird von dort mit dem ersten Anschluß (7) pneumatisch verbunden.
• Der zweite Anschluß (8) ist als pneumatischer Entlüftungs-Ausgang ausgebildet; er ist, wie vorstehend angedeutet, in dieser Schaltstellung mit dem Anschluß (25) des Entlüftungs-Magnetventils (6) verbunden.
• Der dritte Anschluß (9) des Redundanz-Umschaltventils (4) dient je nach Schaltstellung als Ausgang oder Eingang; in der Elektronik-Bremsstellung wirkt der dritte Anschluß (9) als Eingang und bewirkt durch seine pneumatische Verbindung mit dem Anschluß (25) des Entlüftungs-Magnetventils (6) die Entlüftung der Steuerkammer des Relaisventils (3).
• In der zweiten Ventil-Schaltstellung, der Redundanzstellung, wirkt der dritte Anschluß (9) als Ausgang, er ist dann mit dem ersten Anschluß (7) verbunden, so daß der am Anschluß (7) anliegende Redundanzdruck (10) zum Anschluß (25) des Entlüftungs-Magnetventils (6) übertragen wird.
• Die Schaltstellungen des Redundanz-Umschaltventils (4) werden durch die am ersten (7) und am dritten (9) Anschluß anliegenden Drücke vorgenommen: Bei druckbeaufschlagtem ersten Anschluß wird über die Vorsteuerung (11) die Redundanzstellung [erste Ventil-Schaltstellung] eingenommen, und bei einer Druckbeaufschlagung des dritten Anschlusses (9) wird über die Vorsteuerung (12) die Elektronik-Bremsstellung [zweite Ventil- Schaltstellung] eingenommen. In der Zeichnung ist die Vorsteuerung (11) größer als die Vorsteuerung (12) gezeichnet. Hierdurch wird angedeutet, daß die Wirkfläche der Vorsteuerung (11) größer ausgebildet ist, als diejenige der Vorsteuerung (12), und damit ist im Fall, daß an beiden Anschlüssen (7) und (9) Druck anliegt, die Redundanzstellung eingenommen. Anders formuliert bedeutet dies, daß die Elektronik-Bremsstellung nur bei drucklosem ersten Anschluß (7) und bei einem zumindest zeitweise druckbeaufschlagten dritten Anschluß (9) eingenommen wird. Die Bedeutung einer zumindest zeitweisen Druckbeaufschlagung des dritten Anschlusses (9) wird weiter unten erläutert.
• Im praktischen Betrieb ist bei aktiver EBS-Bremsregelung das im Motorwagenbremsventil angeordnete 3/2-Magnetventil (24) bestromt, so daß am ersten Eingang (7) . des Redundanz-Umschaltventils (4) kein Druck anliegt. Sobald jedoch das 3/2-Magnetventil in seinen federbelasteten Grundzustand zurückfällt [z. B. durch einen Elektronik-Ausfall], liegt der Redundanzdruck (10) am ersten Anschluß (7) des Redundanz-Umschaltventils (4) an, und das Redundanz-Umschaltventil nimmt die Redundanzstellung ein.
• Die Schnittdarstellung des Redundanz-Umschaltventils (4) in Fig. 2 zeigt seinen konstruktiven Aufbau: Das Redundanzdruck-Umschaltventil (4) besteht aus einem zylindrischen Körper (13), der in ein mit einem Gewinde versehenes Sackloch im EBS-Radmodulatorgehäuse eingeschraubt ist und der zur Realisierung des ersten Anschlusses (7) und der Weiterleitung des Druckes mit einer durchgängigen Bohrung [als Stufenbohrung ausgeführt] versehen ist. An der zum Anschluß (7) abgewandten Seite des zylindrischen Körpers ist eine Gleitfläche (14) vorgesehen, auf welcher ein als topfförmiges Bauelement ausgebildeter Ventil-Umschaltkörper (15) mit einer hohlzylindrischen seitlichen Wand verschieblich gelagert ist. Die hohlzylindrische seitliche Wand des Ventil-Umschaltkörpers (15) ist als umlaufende Dichtlippe (16) ausgebildet.
• Der Ventil-Umschaltkörper (15) ist als metallverstärktes Elastomer-Bauteil realisiert [vergl. Metallverstärkung (30)]; hierdurch wird gleichzeitig eine für die Dichtelemente erforderliche Elastizität und die für die Druckbeaufschlagung nötige Formstabilität sichergestellt.
• In der perspektivischen Darstellung des Ventil-Umschaltkörpers nach Fig. 4 ist gezeigt, daß am nach außen weisenden Boden des Ventil-Umschaltkörpers (15) ein zentrisch angeordneter umlaufender Dichtwulst (17) angeformt ist. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften und zur Verhinderung des Kantens sind an der zylindrischen Außenfläche des Ventil-Umschaltkörpers (15) mehrere als Führungselemente dienende noppenförmige Zentrierungsrippen (18) angeformt [mindestens drei sind erforderlich]. Am inneren Topfboden des Ventil-Umschaltkörpers (15) sind vorzugsweise drei Abstandshaltungs-Elemente (19) angespritzt, welche sicherstellen, daß sich bei der Verschiebung des Ventil-Umschaltkörpers in Richtung des ersten Anschlusses (7) entsprechend Fig. 3 zwischen dem zylindrischen Körper (13) und dem Ventil-Umschaltkörper (15) ein ausreichender Luftraum für eine spätere Druckbeaufschlagung bildet und daß sich der Ventil-Umschaltkörper durch Druckbelastung nicht verformt. Es sei ergänzt, daß mindestens ein Abstandshaltungs-Element (19) erforderlich ist, welches dann zentrisch angebracht ist.
• Fig. 2 zeigt die Wirkung der beschriebenen Ventilanordnung bei Anlegung des Redundanzdrucks an den ersten Eingang (7) des Redundanzdruck-Umschaltventils (4): Der Ventil-Umschaltkörper (15) ist bis an die hintere Begrenzungsfläche (26) des erläuterten Sackloches verschoben, wodurch der Dichtwulst (17) die Bohrung des zweiten Anschlusses (8) abdichtet, so daß keine Entlüftung stattfindet.
• Die Dichtlippe (16) wird etwas aufgebogen, so daß die inneren Ventil-Lufträume belüftet werden, und Luft über den dritten Anschluß (9) des Redundanz-Umschaltventils (4) zum Anschluß (25) des stromlos offenen Entlüftungs- Magnetventils (6) gelangt.
• Der Redundanzdruck wird dann durch den Druckkanal (27) im Magneten des Entlüftungs-Magnetventils (6) über den nicht dargestellten offenen Ventilsitz zur ebenfalls nicht dargestellten Steuerkammer des Relaisventils (3) zum Zwecke der Druckbeaufschlagung des dort vorgesehenen Relaisventil-Steuerkolbens geführt. [Die Druckbeaufschlagung des nicht dargestellten Relaisventil- Steuerkolbens entspricht als solche der eingangs erläuterten Druckbeaufschlagung des Umschaltkolbens im Redundanzventil "480 205 . . . 0"].
• Wie erläutert, ist es zur Einnahme der Elektronik- Bremsstellung nach Fig. 3 zunächst erforderlich, daß der erste Anschluß (7) des Redundanzdruck-Umschaltventils (4) drucklos ist. Wie ebenfalls erläutert werden zur Bildung eines Brems-Steuerdrucks die Magnetventile (5) und (6), nämlich die Vorsteuerungs-Magnetventile, betätigt. So wird im Rahmen dieser Steuerdruck-Erzeugung das Entlüftungs-Magnetventil (6) zumindest zeitweise betätigt, und mit jeder derartigen Betätigung erfolgt über den Druckkanal (27) ein Entlüftungsstoß, so daß durch die Entlüftungs-Druckstöße der dritte Anschluß (9) zumindest zeitweise mit Druck beaufschlagt ist.
• Beim ersten dieser Entlüftungs-Druckstöße am dritten Eingang (9) wird die außerhalb des umlaufenden Dichtwulstes (17) liegende Ringfläche (28) am nach außen weisenden Boden des Ventil-Umschaltkörpers (15) [Fig. 4] mit Druck beaufschlagt. Dadurch verschiebt sich der Ventil-Umschaltkörper (15) von seiner Redundanzstellung entsprechend Fig. 2 in seine Elektronik- Bremsstellung entsprechend Fig. 3; er bleibt dann solange dieser Stellung, bis erstmalig am ersten Eingang (7) der Redundanzdruck wieder angelegt wird.
• In der Elektronik-Bremsstellung ist also der umlaufende Dichtwulst (17) von der hinteren Sackloch-Begrenzungsfläche (26) abgehoben, die Bohrung des zweiten Anschlusses (8) ist offen, so daß die Verbindung zur Entlüftung (21) hergestellt ist.
• Die vorstehend erläuterte Wirkfläche der Vorsteuerung (11) ist entsprechend Fig. 4 die Fläche des inneren Topfbodens (29), und diese ist größer als die Wirkfläche der Vorsteuerung (12), nämlich die Ringfläche (28).

Claims (9)

1. Umschalt-Ventileinrichtung, insbesonders für elektronisch-pneumatische Bremsanlage, mit folgenden Merkmalen:

a) Es ist ein erster Anschluß als pneumatischer Eingang vorgesehen, an welchem der Redundanzdruck einer elektronisch-pneumatischen Bremsanlage anlegbar ist;

b) es ist ein zweiter Anschluß als pneumatischer Entlüftungs-Ausgang vorgesehen;

c) es ist ein dritter Anschluß vorgesehen, der sowohl als pneumatischer Eingang als auch als als pneumatischer Ausgang ausgebildet ist;

d) der dritte Anschluß ist mit dem Ausgang einer zur Bildung eines elektronisch geregelten pneumatischen Bremsdrucks vorgesehenen Ventil-Vorsteuereinheit verbunden;

e) es sind zwei Ventil-Schaltstellungen vorgesehen;

f) eine erste Ventil-Schaltstellung, die Redundanzstellung, ist bei druckbeaufschlagtem ersten Anschluß eingenommen;

g) eine zweitete Ventil-Schaltstellung, die Elektronik-Bremssstellung, ist bei drucklosem ersten Anschluß und einem zumindest zeitweise druckbeaufschlagten dritten Anschluß eingenommen.

2. Umschalt-Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventil-Schaltelement ein auf einem zylindrischen Körper verschieblicher Ventil-Umschaltkörper vorgesehen ist.

3. Umschalt-Ventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventil-Umschaltkörper als topfförmiges Bauelement mit einem kreisrunden Boden und einer hohlzylindrischen seitlichen Wand ausgebildet ist.

4. Umschalt-Ventileinrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die hohlzylidrische seitliche Wand des Ventil-Umschaltkörpers als umlaufende Dichtlippe ausgebildet ist.

5. Umschalt-Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß am nach außen weisenden Boden des Ventil-Umschaltkörpers ein zentrisch angeordneter ringförmiger Dichtwulst vorgesehen ist.

6. Umschalt-Ventileinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der zylindrischen Außenfläche des Ventil-Umschaltkörpers mindestens drei noppenförmige Zentrierungsrippen vorgesehen sind.

7. Umschalt-Ventileinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß daß am inneren Topfboden des Ventil-Umschaltkörpers mindestens ein Abstandshaltungs-Element vorgesehen ist.

8. Umschalt-Ventileinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventil-Umschaltkörper als metallverstärktes Elastomer-Bauteil realisiert ist.

9. Umschalt-Ventileinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese baulich mit einem zur Bildung des elektronisch geregelten pneumatischen Bremsdrucks vorgesehenen Bremsdruckmodulator vereinigt ist.