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Die
Erfindung geht aus von einem durch Druckimpulse betätigten Impulsventil,
insbesondere von einem 3/2-Wegeventil einer Bremseinrichtung eines Schienenfahrzeugs,
mit einem relativ zu einem Führungskörper axial
geführten
Kolben, dessen Stirnseiten zumindest teilweise Wirkflächen für einander
entgegen gerichtete Steuerdruckimpulse bilden, wobei im Führungskörper einerseits
umfangsseitig mündende
und andererseits mit Druckeingängen
und Druckausgängen
in Verbindung stehende Druckkanäle
ausgebildet sind, welche durch eine Axialbewegung des Kolbens mit
wenigstens einer, endseitig jeweils in eine Umfangsfläche des
Kolbens mündenden
Strömungsverbindung
in zumindest teilweise Überdeckung
bringbar sind, gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
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Durch
Druckimpulse betätigte
Impulsventile sind beispielsweise aus der
DE 38 03 988 C2 und
DE 42 28 945 A1 bekannt,
welche als Mehrwegventile ausgebildet sind. Impulsventile sind bistabile
Ventile, die ihre jeweilige Endlage im energielosen oder drucklosen
Zustand beibehalten. Bekannte Impulsventile sind entweder in Sitz-
oder Schiebertechnologie ausgeführt.
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Sitzventile
benötigen
eine aufwändige
Rasteinrichtung, um die Rückstellkräfte von
auf die Ventilkörper
wirkenden Druckfedern zu kompensieren. Weiterhin sind sie aus einer
relativ hohen Anzahl von Bauteilen aufgebaut, was hohe Fertigungs-
und Montagekosten mit sich bringt. Vorteilhaft ist hingegen ihre
kompakte, kurze Bauform.
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Bei
gattungsgemäßen Schieberventilen
wird das Führungselement
oder der Ventilträger
durch einen Zylinder gebildet, in welchem ein Kolben axial ver schieblich
geführt
ist, der stirnseitig durch einander entgegengerichtete Steuerdrücke beaufschlagt wird.
Im Kolben ist wenigstens eine Strömungsverbindung ausgebildet,
welche jeweils umfangsseitig radial außen mündet und mit im Zylinder ausgebildeten
Druckkanälen
in Überdeckung
bringbar ist, die umfangsseitig radial innen münden. Die Schaltfunktionen
des Impulsventils werden demnach dadurch verwirklicht, dass abhängig von
der axialen Stellung des Kolbens die Strömungsverbindung unterschiedliche
Druckkanäle
und damit unterschiedliche Druckeingänge und Druckausgänge miteinander
verbindet. Auf diese Weise sind beispielsweise 3/2-Wegeventile darstellbar.
Solche Schieberventile sind meist ohne Rasteinrichtung ausgeführt und
nutzen die Reibungskraft von zwischen dem Zylinder und dem Kolben
angeordneten Dichtelementen, um ungewollte Verschiebungen des Kolbens
zu verhindern. Weiterhin verfügen
solche Schieberventile meist über
eine Handbetätigungseinrichtung,
durch welche das Impulsventil bei Störungen beispielsweise in der
Steuerdruckzufuhr von Hand betätigbar
bleibt. Die Handbetätigungseinrichtung
wird vom Zylinder oder Ventilträger
getragen und ist bezogen auf die axiale Ventilerstreckung den Druckkanälen bzw.
der Strömungsverbindung
nebengeordnet. Dadurch bauen Schieberventile relativ lang. Vorteilhaft
ist indes, dass sie aus wenigen Bauteilen bestehen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Impulsventil
der eingangs erwähnten Art
derart weiter zu entwickeln, dass es durch niedrigere Steuerdrücke schaltbar
ist. Weiterhin soll das Impulsventil zur Anpassung an beengte Einbausituationen
möglichst
kurz bauen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung basiert auf dem Gedanken, den Kolben als auf dem Führungskörper radial
außen geführten Ringkolben
mit ringförmigen
Stirnflächen als
Wirkflächen
auszubilden. Diese ringförmigen Wirkflächen können bei
gleichem Außendurchmesser
des Impulsventils in der Regel größer ausgeführt werden als die zylindrischen
Stirnflächen
des Kolbens des Stands der Technik. Der Vorteil dieser Maßnahme liegt
darin, dass das Impulsventil gemäß der Erfindung
mit geringeren Steuerdrücken
schaltbar ist und die Druckversorgung deshalb kleiner und kostengünstiger
dimensioniert werden kann. Nicht zuletzt kann das erfindungsgemäße Impulsventil
aus lediglich zwei Bauelementen bestehen, nämlich dem Kolben und dem Führungskörper und
ist deshalb einfach und kostengünstig
zu fertigen.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Patentanspruch
1 angegebenen Erfindung möglich.
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Besonders
bevorzugt ist der Ringkolben zwischen einem Ventilmantel und dem
Führungskörper axial
geführt,
wobei der Ventilmantel eine auf den Ringkolben wirkende Handbetätigungseinrichtung trägt, welche
sich in axialer Richtung gesehen mit dem Ringkolben zumindest teilweise überdeckt.
Anstatt die Handbetätigungseinrichtung
bezogen auf die axiale Ventilerstreckung den Druckkanälen bzw. der
Strömungsverbindung
nebenzuordnen, überdeckt
sich diese nun mit dem Ringkolben im Sinne einer mechanischen Parallelschaltung,
wodurch sich die Baulänge
des Impulsventils vorteilhaft verkürzt. Die Handbetätigungseinrichtung
kann einen Exzenterantrieb beinhalten, durch welchen eine von Hand eingeleitete
Drehbewegung in eine Axialbewegung des Ringkolbens wandelbar ist.
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Gemäß einer
weiteren Maßnahme
münden zumindest
einige der Druckkanäle
in einer Stirnfläche des
Führungskörpers, wodurch
eine einfache axiale pneumatische Steckverbindung realisiert werden kann,
bei welcher alle Anschlüsse
in einer einzigen Steckverbindung untergebracht sind. Mit seiner
anderen Stirnfläche
kann der Führungskörper an
einer den Ventilmantel stirnseitig begrenzenden Basisplatte festgelegt
sein, von welcher er zapfenförmig
wegragt, wodurch sich ein äußerst montagefreundlicher und
kompakter Aufbau des Impulsventils ergibt.
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Bevorzugt
existiert zwischen zwei Schaltstellungen des Ringkolbens eine Stellung,
in welcher keine Verbindung zwischen den Druckkanälen vorhanden
ist, wodurch ein überschneidungsfreies
Ventil realisiert ist.
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Alternativ
kann das Impulsventil so ausgeführt
sein, dass zwischen zwei Schaltstellungen des Ringkolbens eine Ventilüberschneidung
ohne Abschlussstellung vorgesehen ist. In diesem Fall können sowohl
der Ringkolben als auch der Führungskörper noch
kürzer
bauen, da zwischen den Druckkanälen
ein geringerer axialer Abstand ausreichend ist.
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Wenn
an der radial äußeren Umfangsfläche des
Ringkolbens und an der radial äußeren Umfangsfläche des
Führungskörpers umlaufende
Nuten zur Aufnahme von Bewegungsdichtungen vorhanden sind, können diese
Bewegungsdichtungen infolge ihrer Reibeigenschaften ungewollte Verschiebungen des
Ringkolbens aus seiner jeweiligen Schaltstellung verhindern. Zu
diesem Zweck können
allerdings auch zusätzliche
Reibelemente vorgesehen werden.
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Zeichnungen
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Nachstehend
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigt
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1 eine
Querschnittsdarstellung eines Impulsventils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 das
Impulsventil von 1 mit dem Ringkolben in einer
rechten Endstellung;
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3 das
Impulsventil von 1 mit dem Ringkolben in einer
Abschlussstellung;
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4 das
Impulsventil von 1 mit dem Ringkolben in einer
linken Endstellung;
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5 ein
Schaltsymbol des Impulsventils von 1.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Das
in 1 insgesamt mit 1 bezeichnete, durch
Druckimpulse betätigte
Impulsventil ist gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ein 3/2-Wegeventil in einer Bremseinrichtung eines Schienenfahrzeugs.
Alternativ kann es jedoch in einer beliebigen anderen Vorrichtung
verbaut sein und eine höhere oder
niedrigere Anzahl von Anschlüssen
und Schaltstellungen aufweisen. Ein Schaltsymbol des Impulsventils 1 gemäß ISO 1219-1
ist in 5 gezeigt.
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Das
Impulsventil 1 hat einen relativ zu einem und radial auf
einem zylindrischen Führungskörper 2 axial
geführten
Ringkolben 4, dessen ringförmige Stirnflächen 6, 8 Wirkflächen für einander
entgegen gerichtete Steuerdruckimpulse SD1 und SD2 bilden. Besonders
bevorzugt ist der Ringkolben 4 zwischen einem Ventilmantel 10 und
dem Führungskörper 2 axial
geführt,
wobei an der radial äußeren Umfangsfläche des
Ringkolbens 4 und an der radial äußeren Umfangsfläche des
Führungskörpers 2 umlaufende Nuten
zur Aufnahme von Bewegungsdichtungen 12, 14 vorhanden
sind. Die Steuerdrücke
SD1 und SD2 werden einerseits über
einen axialen Druckkanal 18 im Ventilmantel 10 und
andererseits über
einen radialen, quer zur Längserstreckung
des Ringkolbens 4 angeordneten, in eine durch den Ringkolben 4 begrenzte
Druckkammer 20 mündenden
Druckkanal 22 im Ventilmantel 10 eingeleitet.
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Im
Führungskörper 2 sind
weiterhin drei einerseits in endseitige Öffnungen 24, 26, 28 am
radial äußeren Umfang
mündende
und andererseits mit zwei Druckeingängen E1 und E2 und einem Druckausgang
A kommunizierende Druckkanäle 30, 32, 34 ausgebildet.
Die Druckkanäle 30, 32, 34 münden vorzugsweise
in die eine Stirnfläche 16 des
Führungskörpers 2 und
stehen mit den beiden Druckeingängen
E1 und E2 sowie mit dem Druckausgang A des 3/2-Wegeventils 1 in
Verbindung. Die Druckeingänge E1
und E2 und der Druckausgang A werden durch mit den Enden der Druckkanäle 30, 32, 34 fluchtende Durchgangsbohrungen
in einem Boden 35 des Ventilmantels 10 gebildet.
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Der
Ringkolben 4 verfügt
demgegenüber
an seiner radial inneren Umfangsfläche über eine Schaltnut 36,
welche abhängig
von der jeweiligen Axialstellung als Strömungsverbindung mit den Öffnungen 24, 26, 28 der
Druckkanäle 30, 32, 34 zumindest
teilweise in Überdeckung
bringbar ist und dadurch den Druckeingang E1 oder E2 mit dem Druckausgang
A verbindet. Genauer weist die Schaltnut 36 eine Breite
auf, welche es erlaubt, entweder die dem Druckkanal 30 für den Druckeingang
E1 oder die dem Druckkanal 32 für den Druckeingang E2 zugeordnete Öffnung 24, 26 mit
der dem Druckkanal 34 des Druckausgangs A zugeordneten Öffnung 28 durch Überdeckung
zu verbinden. Die Öffnung 28 des
Druckausgangs A befindet sich in axialer Richtung gesehen beispielsweise
zentral zwischen den Öffnungen 24, 26 der
Druckeingänge
E1 und E2. Die axialen Abstände,
die Nutbreiten bzw. die Durchmesser der Öffnungen 24, 26, 28 sowie
die Breite der Schaltnut 36 sind an die jeweiligen Erfordernisse
anpassbar.
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Im
Ventilmantel 10 ist eine Durchgangsöffnung 38 für eine auf
den Ringkolben 4 wirkende Handbetätigungseinrichtung 40 vorgesehen,
mit einem Exzenterantrieb, durch welchen eine über eine Ansatzfläche 42 für ein Werkzeug
in eine quer zur Ringkolbenlängserstreckung
angeordnete Welle 44 eingeleitete Drehbewegung in eine
Axialbewegung des Ringkolbens 4 wandelbar ist. Die Handbetätigungseinrichtung 40 überdeckt
sich in axialer Richtung gesehen mit dem Ringkolben 4 zumindest
teilweise. Alternativ kann der Ringkolben 4 auch durch einen
axial betätigten
Schieber verschiebbar sein.
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Der
Führungskörper 2 ist
mit seiner anderen Stirnfläche 46 an
einer den Ventilmantel 10 stirnseitig begrenzenden Basisplatte 48 festgelegt,
von welcher er zapfenförmig
wegragt. Diese Basisplatte 48 ist in eine stirnseitige
Stufenbohrung 50 des Ventilmantels 10 eingesetzt.
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Bevorzugt
ist das Impulsventil 1 ein überschneidungsfreis Ventil,
d.h., dass zwischen zwei Schaltstellungen des Ringkolbens 4 eine
Abschlussstellung existiert, in welcher keine Verbindung zwischen
den Druckeingängen
E1 und E2 und dem Druckausgang A bzw. zwischen den entsprechenden Druckkanälen 30, 32 und 34 vorhanden
ist. Alternativ könnte
das Impulsventil 1 auch eine Ventilüberschneidungscharakteristik
aufweisen, bei welcher zwischen zwei Endschaltstellungen des Ringkolbens 4 eine
Stellung existiert, in welcher stets eine Verbindung zwischen den
Druckkanälen 30, 32, 34 vorhanden
ist. Eine solche Charakteristik kann bei bestimmten Anwendungen
erwünscht
sein oder toleriert werden.
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Vor
diesem Hintergrund ist die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Impulsventils 1 wie
folgt:
Ausgehend von einer rechten Endstellung des Ringkolbens 4 gemäß 2,
in welcher die Schaltnut 36 den Druckeingang E1 mit dem
Druckausgang A in Strömungsverbindung
bringt, wird der Ringkolben 4 beispielsweise an seiner
rechten Wirkfläche
mit einem kurzzeitigen Steuerdruckstoß SD2 belastet. Dieser Druckstoß SD2 bewirkt,
dass der Ringkolben 4 ein Stück weiter nach links in seine
Abschlussstellung gemäß 3 gelangt,
in welcher die Schaltnut 36 zwar der dem Druckkanal 34 des
Druckausgangs A zugeordneten Öffnung 28 gegenüberliegt,
aber keine Überbrückung zu
einem der beiden weiteren Druckkanäle 30, 32 schafft,
so dass sämtliche
Strömungswege
verschlossen sind. Bei entsprechend großem Druckstoß bzw. nach
einer entsprechenden Zeitdauer gelangt der Ringkolben 4 in
seine linke Endstellung gemäß 4,
in welcher er über
die Schaltnut 36 den Druckeingang E2 mit dem Druckausgang
A in Strömungsverbindung
bringt. In umgekehrter Richtung, wenn der Ringkolben 4 einen Druckstoß SD1 von
links über
den Druckkanal 22 erhält
(siehe 1), bewegt er sich über die Abschlussstellung gemäß 3 hinaus
nach rechts, um wiederum in die rechte Endstellung von 2 zu gelangen,
in welcher die Schaltnut 36 den Druckeingang E1 mit dem
Druckausgang A verbindet. Die Bewegungsdichtungen 12, 14 verhindern
infolge ihrer Reibeigenschaften ungewollte Verschiebungen des Ringkolbens 4 aus
seiner jeweiligen Schaltstellung. Zu diesem Zweck können allerdings
auch zusätzliche Reibelemente
zwischen dem Ringkolben 4 und dem Führungskörper 2 und/oder dem
Ventilmantel 10 vorgesehen werden.
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- 1
- Impulsventil
- 2
- Führungskörper
- 4
- Ringkolben
- 6
- Stirnfläche
- 8
- Stirnfläche
- 10
- Ventilmantel
- 12
- Bewegungsdichtungen
- 14
- Bewegungsdichtungen
- 16
- Stirnfläche
- 18
- Druckkanal
- 20
- Druckkammer
- 22
- Druckkanal
- 24
- Öffnung
- 26
- Öffnung
- 28
- Öffnung
- 30
- Druckkanal
- 32
- Druckkanal
- 34
- Druckkanal
- 35
- Boden
- 36
- Schaltnut
- 38
- Durchgangsöffnung
- 40
- Handbetätigungseinrichtung
- 42
- Ansatzfläche
- 44
- Welle
- 46
- Stirnfläche
- 48
- Basisplatte
- 50
- Stufenbohrung