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Die
Erfindung betrifft eine Beatmungseinrichtung für einen kombinierten Federspeicher-
und Betriebsbremszylinder nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Wird
der Federspeicherbremszylinder eines kombinierten Federspeicher-
und Betriebsbremszylinders durch Druckentlastung seiner Druckmittelkammer
betätigt,
so vergrößert sich
infolge der dann eintretenden Entspannung der Feder und Verschiebung
des Kolbens die Federkammer. Um zu verhindern, dass bei dieser Vergrößerung der
Federkammer in derselben Unterdruck entsteht, der die Kraftabgabe
der Feder behindern würde,
wird die Federkammer über
eine als Beatmungseinrichtung dienende druckgesteuerte Ventileinrichtung
mit der Druckmittelkammer des Betriebsbremszylinders verbunden.
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Weil
die der Druckmittelkammer des Federspeicherbremszylinders und der
Druckmittelkammer des Betriebsbremszylin ders zugeführte Druckluft
in der vorgeschalteten Druckluftbeschaffungs- und Aufbereitungsanlage
gereinigt und getrocknet ist, wird durch diese Art der Beatmung
die Korrosions- und Verschmutzungsgefahr im Bereich der Federkammer und
an der Feder entscheidend herabgesetzt.
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Bei
der bekannten Beatmungseinrichtung findet ein druckgesteuertes Ventil
Anwendung, welches zwei Arbeitsanschlüsse und einen Steueranschluss
sowie einen in Richtung der Längsachse
des Ventils bewegbaren Ventilkolben aufweist. In Abhängigkeit
davon, ob die Druckmittelkammer des Betriebsbremszylinders und/oder
die Druckmittelkammer des Federspeicherbremszylinders entlüftet oder mit
Druckluft beaufschlagt ist bzw. beaufschlagt sind, und in Abhängigkeit
davon, in welcher Stellung der Kolben des Federspeicherbremszylinders
sich befindet, sind die beiden Arbeitsanschlüsse des Ventils und somit auch
die Federkammer des Federspeicherbremszylinders und die Druckmittelkammer des
Betriebsbremszylinders miteinander verbunden oder gegeneinander
abgesperrt.
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Bei
dem druckgesteuerten Ventil der bekannten Beatmungseinrichtung sind
die beiden Arbeitsanschlüsse
und der Steueranschluss quer zur Längsachse des Ventilkolbens
verlaufend am Ventil angeordnet. Wenn das druckgesteuerte Ventil
sich in seiner Offenstellung befindet, strömt die Luft aus der den höheren Druck
aufweisenden Kammer – Federkammer
des Federspeicherbremszylinders oder Druckmittelkammer des Betriebsbremszylinders – über den
dieser Kammer zugeordneten einen Arbeitsanschluss zu dem jeweils
anderen Arbeitsanschluss hin, welcher der den niedrigeren Druck
aufweisenden Kammer zugeordnet ist. Dabei wird der Luftstrom im
Ventil mehrmals umgelenkt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beatmungseinrichtung
der eingangs erwähnten Art
zu verbessern, insbesondere in Hinblick auf ein günstigeres
Strömungsverhalten
der Beatmungseinrichtung.
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Diese
Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Ausführungen
der Erfindung gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Beatmungseinrichtung
bietet insbesondere den Vorteil, dass der Luftstrom auf seinem Weg
von dem einen Arbeitsanschluss zu dem anderen Arbeitsanschluss des
Beatmungsventils hin nur einen geringen Widerstand zu überwinden
hat und so Staudruckbildung vor oder hinter dem Durchlass des Ventilkolbens
vermieden wird.
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Bewirkt
wird das günstige
Strömungsverhalten
unter anderem dadurch, dass der Luftstrom von dem jeweils einen
Arbeitsanschluss zu dem jeweils anderen Arbeitsanschluss hin nur
einmal umgelenkt wird.
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Der
Durchlassquerschnitt des Beatmungsventils lässt sich auf einfache Art und
Weise durch Vergrößern oder
Verkleinern des Querschnitts des im oder am Ventilkolben angeordneten
Durchlasses verändern.
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Von
Vorteil ist es, wenn die Arbeitsanschlüsse sowie der im oder am Ventilkolben
angeordneten Durchlass für
den Luftstrom wenigstens annähernd gleich
große
Querschnitte aufweisen.
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Vorteilhafterweise
lässt sich
durch Ändern der
einander entgegengerichteten Wirkflächen des Ventilkolbens und
durch Verwenden unterschiedlicher Federn für das Ventil die Ansprechempfindlichkeit
des Ventils verändern.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Beatmungseinrichtung ist
auch darin zu sehen, dass sie sich einfach und kostengünstig herstellen
lässt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Beatmungsventil
der Beatmungseinrichtung als vorgesteuertes Ventil ausgebildet, wodurch
der Vorteil erzielt wird, dass bei einem Hub des Kolbens des Federspeicherbremszylinders
in Bremsbetätigungsrichtung
zuerst die Steuerkammer des Beatmungsventils und erst dann ein Arbeitsanschluss
des Beatmungsventils mit der Druckmittelkammer des Betriebsbremszylinders
verbunden wird. Zu diesem Zweck weist die Beatmungseinrichtung ein
zweites Ventil und gegebenenfalls ein drittes Ventil auf, wobei
mittels des zweiten Ventils die Druckmittelkammer des Betriebsbremszylinders
gegen die Arbeitskammer und mittels des dritten Ventils die Druckmittelkammer
des Betriebsbremszylinders gegen die Steuerkammer des als Beatmungsventil dienenden
ersten Ventils in Richtung auf die Arbeitskammer bzw. in Richtung
auf die Steuerkammer zu absperrbar ist.
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Durch
die Vorsteuerung des Beatmungsventils wird so auf einfache Art und
Weise erreicht, dass bei einem Hub des Kolbens des Federspeicherbremszylinders
in Bremsbetätigungsrichtung,
bei gleichzeitigem Vorhandensein von Druckmittel in der Druckmittelkammer
des Betriebsbremszylinders, das Beatmungsventil bereits dann in
seine Schließstellung
gebracht wird, wenn die Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluss
des Beatmungsventils und der Druckmittelkammer des Betriebsbremszylinders noch
nicht freigegeben ist.
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Vorteilhafterweise
ist das Beatmungsventil so ausgebildet und so an oder in der Kolbenstange des
Federspeicherbremszylinders angeordnet, dass das Dichtelement, welches
in der Durchgangsöffnung
für die
Kolbenstange angeordnet ist, zusätzlich zu
seiner Abdicht- und Führungsfunktion
für die
Kolbenstange die Funktion eines Dichtkörpers für das zweite Ventil und gegebenenfalls
für das
dritte Ventil übernehmen
kann.
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Durch
die erfindungsgemäße Beatmungseinrichtung
für die
Federkammer des Federspeicherbremszylinders wird zudem ein gutes
Ansprechverhalten des Federspeicherbremszylinders erreicht.
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Anhand
der Zeichnung werden nachfolgend zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
kombinierten Federspeicher- und Betriebsbremszylinder, mit einer
an der Kolbenstange des Kolbens des Federspeicherbremszylinders
angeordneten vorgesteuerten Ventileinrichtung zum Verbinden der
Federkammer des Federspeicherbremszylinders mit der Druckmittelkammer des
Betriebsbremszylinders, wobei die Druckmittelkammer des Federspeicherbremszylinders
mit Druckmittel beaufschlagt und die Druckmittelkammer des Betriebsbremszylinders
entlüftet
ist;
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2 einen
vergrößerten Ausschnitt
des die Ventileinrichtung aufweisenden Bereiches der Kolbenstange
des Federspeicherbremszylinders gemäß 1, wobei
das Beatmungsventil sich in seiner Offenstellung und das Absperrventil
sowie das Vorsteuerventil sich in ihrer Schließstellung befinden;
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2a einen
Schnitt durch die in 2 gezeigte Ventileinrichtung,
wobei der Ventilkolben um 90° um
seine Längsachse
gedreht ist;
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3 den
in 1 gezeigten kombinierten Federspeicher- und Betriebsbremszylinder,
wobei die Druckmittelkammer des Federspeicherbremszylinders und
die Druckmittelkammer des Betriebsbremszylinders entlüftet sind;
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4 einen
vergrößerten Ausschnitt
des die Ventileinrichtung aufweisenden Bereiches der Kolbenstange
des Federspeicherbremszylinders gemäß 3, wobei
das Beatmungsventil, das Absperr ventil und das Vorsteuerventil sich
in ihrer Offenstellung befinden:
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5 den
in 1 gezeigten kombinierten Federspeicher- und Betriebsbremszylinder
bei druckbeaufschlagter Druckmittelkammer des Betriebsbremszylinders
und druckbeaufschlagter Druckmittelkammer des Federspeicherbremszylinders,
wobei in der Druckmittelkammer des Federspeicherbremszylinders die
Druckabbauphase eingeleitet ist;
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6 einen
vergrößerten Ausschnitt
des die Ventileinrichtung aufweisenden Bereiches der Kolbenstange
des Federspeicherbremszylinders gemäß 5, wobei
das Beatmungsventil vom Druck in der Druckmittelkammer des Betriebsbremszylinders
in seine Schließstellung
gebracht worden ist;
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7 einen
vergrößerten Ausschnitt
des Bereiches der Kolbenstange des Federspeicherbremszylinders,
in welchem das Beatmungsventil angeordnet ist, wobei der Ventilkolben
des Beatmungsventils als Fächerkolben
ausgebildet ist;
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7a einen
Schnitt durch die in 7 gezeigte Ventileinrichtung,
wobei der Ventilkolben um 90° um
seine Längsachse
gedreht ist, und
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8 einen
kombinierten Federspeicher- und Betriebsbremszylinder mit der erfindungsgemäßen Beat mungseinrichtung,
wobei der Federspeicherbremszylinder als Doppelmembranzylinder ausgebildet
ist.
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In 1 ist
ein kombinierter Federspeicher- und Betriebsbremszylinder (1, 2)
dargestellt, der aus einem Federspeicherbremszylinder (1)
und einem Betriebsbremszylinder (2) besteht, die zu einer
Baueinheit zusammengefasst sind. Der Federspeicherbremszylinder
(1) weist ein Gehäuse
(30, 3) auf, welches aus einer für den Federspeicherbremszylinder (1)
und den Betriebsbremszylinder (2) gemeinsamen Wand (30)
und einem topfförmigen
Deckel (3) besteht. Im Gehäuse (30, 3)
ist ein als Federspeicherkolben dienender Kolben (7) mittels
eines Dichtringes (8) abgedichtet in Richtung der Längsachse
des Gehäuses
(30, 3) verschiebbar angeordnet. Der Kolben (7)
teilt den Federspeicherbremszylinder (1) in eine als Lösekammer
dienende Druckmittelkammer (4) und eine Federkammer (9)
auf. In der Federkammer (9) ist eine als Speicherfeder
dienende Feder (12) angeordnet, die sich mit ihrem einen
Ende über einen
Federteller am Deckel (3) des Gehäuses (30, 3)
abstützt
und mit ihrem anderen Ende den Kolben (7) in Richtung auf
die Druckmittelkammer (4) zu (Bremsbetätigungsrichtung) beaufschlagt.
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An
der die Druckmittelkammer (4) begrenzenden Seite des Kolbens
(7) ist zentrisch eine von einem Rohr gebildete Kolbenstange
(5) angeordnet, die sich durch die Druckmittelkammer (4)
und eine in der Wand (30) angeordnete Durchgangsöffnung (32) hindurch
in Richtung auf eine als Betriebsbremskammer dienende Druckmittelkammer
(22) des Betriebsbremszylinder (2) zu erstreckt.
Die Kolbenstange (5) ist an ihrem der Druckmittelkammer
(22) des Betriebsbremszylinders (2) zugewandten
Ende mittels eines Bodenteiles (31) verschlossen. Die Wand
(30) weist einen sich in die Druckmittelkammer (4)
des Federspeicherbremszylinders (1) hineinerstreckenden ringförmigen Vorsprung
auf, welcher die Durchgangsöffnung
(32) für
die Kolbenstange (5) des Federspeicherbremszylinders (1)
begrenzt.
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In
der Durchgangsöffnung
(32) für
die Kolbenstange (5) ist ein ringförmiges Dichtelement (13, 52)
angeordnet, welches die Kolbenstange (5) dichtend umschließt und neben
seiner Dichtfunktion die Funktion eines Führungselementes für die Kolbenstange
(5) hat. Im Kolben (7) ist koaxial zur Kolbenstange
(5) eine Durchgangsöffnung
(10) für
ein manuell betätigbares
Federspeicherlöseelement
angeordnet. Der Querschnitt für
die Durchgangsöffnung (10)
ist so gewählt,
dass zwischen dem Federspeicherlöseelement
und der die Durchgangsöffnung (10)
begrenzenden Wand ein Ringspalt verbleibt, über welchen ein als Verbindungskanal
(6) dienender Innenraum der rohrförmigen Kolbenstange (5)
mit der Federkammer (9) verbunden ist.
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Über einen
Druckmittelanschluss (16) in der Wand (30) des
Gehäuses
(30, 3) des Federspeicherbremszylinders (1)
und über
ein mit diesem verbundenes, z.B. als Handbremsventil (17)
ausgebildetes Ventil ist die Druckmittelkammer (4) des
Federspeicherbremszylinders wahlweise mit einer Druckluftquelle
(18) oder mit der Atmosphäre verbindbar.
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An
den Federspeicherbremszylinder (1) schließt der Betriebsbremszylinder
(2) an, der ein Gehäuse
(30, 27) aufweist. Das Gehäuse (30, 27) des
Betriebsbremszylinders (2) wird von der für den Federspeicherbremszylinder
(1) und den Betriebsbremszylinder (2) gemeinsamen
Wand (30) und einem topfförmigen Deckel (27)
gebildet. Ein aus einer Membran (23) und einem Membranteller
(24) bestehender, als Betriebsbremskolben dienender Kolben (23, 24)
unterteilt den Betriebsbremszylinder (2) in die als Betriebsbremskammer
dienende Druckmittelkammer (22) und eine Federkammer (25).
Die Membran (23) ist zwischen der Wand (30) und
dem Deckel (27) des Gehäuses
(30, 27) eingespannt. Der Kolben (23, 24)
wird von einer Feder (26), die sich am Deckel (27)
abstützt,
in Richtung auf die Druckmittelkammer (22) zu (Bremslöserichtung)
beaufschlagt. Am Membranteller (24) ist zentrisch eine
Kolbenstange (29) angeordnet, die durch eine Durchgangsöffnung im Deckel
(27) hindurch aus dem Gehäuse (30, 27)
herausgeführt
ist. In der Durchgangsöffnung
ist ein die Kolbenstange (29) umschließendes Dichtelement (28)
angeordnet, welches zusätzlich
zu seiner Dichtfunktion die Funktion einer Führung für die Kolbenstange (29)
hat. In der Wand (30) des Gehäuses (30, 27)
ist ein Druckmittelanschluss (21) angeordnet. Über den
Druckmittelanschluss (21) und ein als Betriebsbremsventil
(19) ausgebildetes Ventil ist die Druckmittelkammer (22)
wahlweise mit einer Druckluftquelle (20) oder mit der Atmosphäre verbindbar.
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Die
Wand der rohrförmigen
Kolbenstange (5) des Federspeicherbremszylinders (1)
weist an ihrem freien Ende einen verdickten Bereich (11)
auf. In dem verdickten Bereich (11) ist ein als Beatmungsventil dienendes
erstes Ventil (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
der Beatmungseinrichtung für
die Federkammer (9) des Federspeicherbremszylinders (1) angeordnet.
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Einige
der dem ersten Ventil zugeordneten Bezugszeichen sind erst den 2 und 2a entnehmbar,
da in diesen Figuren das erste Ventil vergrößert dargestellt ist und deshalb
die einzelnen Bauteile des ersten Ventils dort besser erkennbar
sind.
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Die
Beatmungseinrichtung wird nachfolgend anhand der 1,
der 2 und der 2a näher erläutert.
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In
dem verdickten Bereich (11) der Kolbenstange (5)
ist eine mehrfach abgestufte Bohrung (35, 46)
angeordnet, die vom Bodenteil (31) der Kolbenstange (5)
ausgeht und sich, in Richtung der Längsachse der Kolbenstange (5)
verlaufend, in den verdickten Bereich (11) hineinerstreckt
und diesen durchdringt, so dass die abgestufte Bohrung (35, 46) mit
der zur Federkammer (9) des Federspeicherbremszylinders
(1) hin führenden
Verbindungsleitung (6) in der Kolbenstange (5)
verbunden ist. Die Bohrung (35, 46) ist an ihrem
den größten Durchmesser aufweisenden
Endbereich mittels eines Verschlussteiles (36) verschlossen.
In dem verdickten Bereich (11) der Kolbenstange (5)
sind eine als erster Arbeitsanschluss (14) dienende erste
Bohrung, ein von einem Teilbereich der abgestuften Bohrung (35, 46)
gebildeter zweiter Arbeitsanschluss (34) und eine als Steueranschluss
(15) dienende dritte Bohrung angeordnet. Der erste Arbeitsanschluss
(14) und der Steueranschluss (15) sind quer zur
Längsachse
der Bohrung (35, 46) verlaufend im verdickten
Teil (11) der Kolbenstange (5) angeordnet, wobei
sie von der äußeren Mantelfläche der
Kolbenstange (5) ausgehen und in den den größeren Durchmesser
aufweisenden Teilbereich (35) der abgestuften Bohrung (35, 46) einmünden. Der
zweite Arbeitsanschluss (34) wird von dem im verdickten
Teil (11) der Kolbenstange (5) gelegenen, den
kleinsten Durchmesser aufweisenden Endbereich der abgestuften Bohrung
(35, 46) gebildet, wobei dieser Endbereich der
Bohrung (35, 46) in den als Verbindungskanal (6)
dienenden Innenraum der Kolbenstange (5) einmündet.
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In
der abgestuften Bohrung (35, 46) ist ein abgestufter
Ventilkolben (39, 44) in Richtung der Längsachse
der Bohrung (35, 46) gleitend verschiebbar angeordnet.
Der Ventilkolben (39, 44) begrenzt mit seiner
dem Verschlussteil (36) zugewandten Stirnseite eine Steuerkammer
(37), in welche der Steueranschluss (15) einmündet. Mit
seiner dem Verschlussteil (36) abgewandten Stirnseite begrenzt
der Ventilkolben (39, 44) einen als Federraum
dienenden Raum (48), welcher auf der der Steuerkammer (37) abgewandten
Seite des Ventilkolbens (39, 44) gelegen und mit
dem zweiten Arbeitsanschluss (34) verbunden ist. Der Raum
(48) stellt praktisch einen Teil des zweiten Arbeitsanschlusses
(34) dar. Als den Raum (48) begrenzende Stirnseite
des Ventilkolbens (39, 44) ist die dem Medium
im Raum (48) ausgesetzte Fläche des Ventilkolbens (39, 44)
anzusehen. Der Ventilkolben (39, 44) und die Bohrung
(35, 46) sind so bemessen und das Material für den Ventilkolben
(39, 44) und für
das die Bohrung (35, 46) aufweisende Bauteil (Kolbenstange 5)
sind so aufeinander abgestimmt, dass der Ventilkolben (39, 44)
mit seinem den kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitt (44)
an der Wand des den kleineren Durchmesser aufweisenden Teilbereiches
(46) der Bohrung (35, 46) und mit seinem
den größeren Durchmesser
aufweisende Abschnitt (39) an der Wand des den größeren Durchmesser
aufweisenden Teilbereiches (35) der Bohrung (35, 46)
dichtend anliegt. Das bedeutet, dass für die Abdichtung zwischen der
Steuerkammer (37) und einer Arbeitskammer (49)
eine zusätzliche
Abdichtung mittels eines auf dem Ventilkolben (39, 44)
angeordneten Dichtringes nicht unbedingt erforderlich ist. Im Bereich
der Stufe des Ventilkolbens (39, 44) ist im Mantel
des den kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitts (44)
des Ventilkolbens (39, 44) eine umlaufende Nut
angeordnet. Die Nut dient als Aufnahme (41) für einen
ringförmigen
Dichtkörper
(40).
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Eine
dem Dichtkörper
(40) gegenüberliegende
Stufe der abgestuften Bohrung (35, 46) – Stufe von
dem den größeren Durchmesser
aufweisenden Teilbereich (35) zu dem den kleineren Durchmesser aufweisenden
Teilbereich (46) der abgestuften Bohrung (35, 46)
hin – dient
als Ventilsitz (50), an welchem der Ventilkolben (39, 44)
bei Beaufschlagung der Steuerkammer (37) mit Druckluft
mit seinem Dichtkörper
(40) zur Anlage gebracht wird. Von dem Ventilsitz (50)
und dem den größeren Durchmesser aufweisenden
Abschnitt (39) des Ventilkolbens (39, 44)
wird die Arbeitskammer (49) begrenzt, in die der erste
Arbeitsanschluss (14) einmündet. In dem Raum (48)
ist eine als Rückstellkraft
für den
Ventilkolben (39, 44) dienende Druckfeder (47)
angeordnet, die sich mit ihrem einen Ende an einer weiteren Stufe
der abgestuften Bohrung (35, 46) – Stufe
von dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Teilbereich (46)
der abgestuften Bohrung (35, 46) zu dem zweiten
Arbeitsanschluss (34) hin – abstützt und mit ihrem anderen Ende
den Ventilkolben (39, 44) in Richtung auf das
als Anschlag für
den Ventilkolben (39, 44) ausgebildete Verschlussteil
(36) zu beaufschlagt.
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Der
Ventilkolben (39, 44) weist eine Ausnehmung (43)
auf, die in der Art einer Sackbohrung ausgebildet ist. Die Ausnehmung
(43) beginnt an der dem Verschlussteil (36) für die Bohrung
(35, 46) abgewandten Stirnseite des Ventilkolbens
(39, 44) und erstreckt sich in Richtung der Längsachse
des Ventilkolbens (39, 44) verlaufend in diesen
hinein. In der die Ausnehmung (43) begrenzenden Wand des
den kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitts (44)
des Ventilkolbens (39, 44) ist nahe der Aufnahme
(41) für
den Dichtkörper
(40) wenigstens eine fensterartige Durchgangsöffnung (42)
angeordnet, die an der äußeren Mantelfläche des
Ventilkolbens (39, 44) beginnt und quer zur Längsachse
des Ventilkolbens (39, 44) verlaufend in die Ausnehmung
(43) des Ventilkolbens (39, 44) (43)
einmündet.
Die Durchgangsöffnung
(42) kann selbstverständlich auch
direkt an die Aufnahme (41) für den Dichtkörper (40)
angrenzend angeordnet werden. Die Ausnehmung (43) und die
Durchgangsöffnung
(42) des Ventilkolbens (39, 44) dienen
als Durchlass zum Verbinden des ersten Arbeitsanschlusses (14)
mit dem Raum (48) und somit mit dem zweiten Arbeitsanschluss
(34), wenn das Ventil (50, 40) sich in
seiner Offenstellung befindet.
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In 2a sind
die Durchgangsöffnung
(42) und die mit dieser verbundene Ausnehmung (43)
im Ventilkolben (39, 44) in einer Ansicht dargestellt,
gemäß welcher
der Ventilkolben (39, 44) um 90° um seine
Längsachse
gedreht ist.
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Der
Ventilkolben (39, 44) weist eine erste Wirkfläche (38)
und eine der ersten Wirkfläche
(38) entgegengerich tete zweite Wirkfläche (45) auf. Die erste
Wirkfläche
(38) wird von der die Steuerkammer (37) begrenzenden
Stirnseite des Ventilkolbens (39, 44) gebildet
und die zweite Wirkfläche
(45) wird von dem Boden der Ausnehmung (43) im
Ventilkolben (39, 44) gebildet. Eine der ersten
Wirkfläche
(38) entgegengerichtete, vernachlässigbar kleine weitere Wirkfläche ergibt
sich aus der Stufe von dem Abschnitt (44) mit dem kleineren
Durchmesser zum Abschnitt (39) mit dem größeren Durchmesser
des Ventilkolbens (39, 44) hin.
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Die
Wirkflächen
(38, 45) am Ventilkolben (39, 44)
und die Feder (47) sind so ausgelegt, dass bei Beaufschlagung
der Steuerkammer (37) mit dem Druck aus der Druckmittelkammer
(22) des Betriebsbremszylinders (2) die vom Druck
auf die erste Wirkfläche
(38) des Ventilkolbens (39, 44) in Schließrichtung
des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
ausgeübte
Kraft größer ist
als die dieser Kraft entgegengerichtet auf den Ventilkolben (39, 44) in Öffnungsrichtung
des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
ausgeübte
Kraft der Feder (47) und der Kraft des vom Druck im Raum
(48) auf die zweite Wirkfläche (45) und vom Druck
in der Arbeitskammer (49) auf die dritte Wirkfläche in Öffnungsrichtung
des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
ausgeübte
Kraft.
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Der
Querschnitt des Federdrahtes der Feder (47) entspricht
vorteilhafter Weise der Stärke
der die Ausnehmung (43) im Ventilkolben (39, 44)
begrenzenden Wand des Ventilkolbens (39, 44).
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Der
Ventilkolben (39, 44) mit dem Dichtkörper (40)
bildet zusammen mit dem Ventilsitz (50), dem ersten Arbeitsanschluss
(14), dem zweiten Arbeitsanschluss (34) und dem
Steueranschluss (15) sowie der Steuerkammer (37),
der Arbeitskammer (49), der Feder (47) und dem
Raum (48) das als Beatmungsventil der Beatmungseinrichtung
für die
Federkammer (9) des Federspeicherbremszylinders (1) dienende
erste Ventil (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48).
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Das
die Kolbenstange (5) des Federspeicherbremszylinders (1)
führende
Dichtelement (13, 52) weist auf seiner der Kolbenstange
(5) zugewandten Seite eine Ausnehmung (51) auf,
in welcher der erste Arbeitsanschluss (14) und der Steueranschluss
(15) des ersten Ventils (39, 44, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
liegen, wenn diese vom Dichtelement (13, 52) überdeckt
werden. Der Endbereich des Dichtelementes (13, 52),
welcher der Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) zugewandt ist, ist als Dichtlippe (52) ausgebildet,
welche die Kolbenstange (5) ringförmig umschließt und dichtend
an der Kolbenstange (5) anliegt. Die Dichtlippe (52)
bildet eine Steuerkante, die mit dem ersten Arbeitsanschluss (14)
und dem Steueranschluss (15) zusammenwirkt.
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Die
als erster Arbeitsanschluss (14) des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48) dienende
Bohrung in der Kolbenstange (5) hat zusätzlich die Funktion einer Steueröffnung für ein als Schieberventil
ausgebildetes zweites Ventil (5, 14, 13, 52)
und die als Steueranschluss (15) des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
dienende Bohrung in der Kol benstange (5) hat zusätzlich die
Funktion einer Steueröffnung
für ein
als Schieberventil ausgebildetes drittes Ventil (5, 15, 13, 52)
der Beatmungseinrichtung für
die Federkammer (9) des Federspeicherbremszylinders (1).
Das zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
dient als Absperrventil, über
welches die Arbeitskammer (49) in Abhängigkeit von der Position der
Kolbenstange (5) des Federspeicherbremszylinders (1)
mit der Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) verbindbar oder gegen diese absperrbar ist, und das
dritte Ventil (5, 15, 13, 52)
hat die Funktion eines Vorsteuerventils, über welches die Steuerkammer
(37) in Abhängigkeit
von der Position der Kolbenstange (5) des Federspeicherbremszylinders
(1) mit der Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) verbindbar oder gegen diese absperrbar ist. Die Dichtlippe
(52) des Dichtelementes (13, 52) ist
so geformt, dass das zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
und auch das dritte Ventil (5, 15, 13, 52)
in seiner Schließstellung
die Verbindung zwischen der Druckmittelkammer (22) des
Betriebsbremszylinders (2) und der Arbeitskammer (49) bzw.
der Steuerkammer (37) des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
nur in Richtung auf die Arbeitskammer (49) bzw. in Richtung
auf die Steuerkammer (37) zu absperrt.
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Der
erste Arbeitsanschluss (14) und der Steueranschluss (15)
sind so in der Wand der Kolbenstange (5) und so zu dem
ringförmigen
Dichtelement (13, 52) und der Druckmittelkammer
(22) des Betriebsbremszylinders (2) angeordnet,
dass sie von dem Dichtelement (13, 52) überdeckt
sind, wenn der Kolben (7) des Federspeicherbremszylinders
(1) sich in seiner linken Endlage befindet, in welcher
er die Feder (12) gespannt hält (Bremslösestellung).
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Der
erste Arbeitsanschluss (14) und der Steueranschluss (15)
sind so zueinander und so zu der Druckmittelkammer (22)
des Betriebsbremszylinders (1) angeordnet, dass, ausgehend
von der Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders (2),
der Steueranschluss (15) näher zur Druckmittelkammer (22)
hin gelegen ist als der erste Arbeitsanschluss (14). Durch
diese Anordnung des ersten Arbeitsanschlusses (14) und
des Steueranschlusses (15) wird erreicht, dass bei einem
Hub des Kolbens (7) des Federspeicherbremszylinders (1)
in Bremsbetätigungsrichtung
(nach rechts, in Richtung auf die Wand (30) des Federspeicherbremszylinders
(1) zu) zuerst das als Vorsteuerventil dienende dritte
Ventil (5, 15, 13, 52) in seine
die Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders (2)
mit der Steuerkammer (37) des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
verbindende Offenstellung und dann das als Absperrventil dienende
zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
in seine die Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) mit der Arbeitskammer (49) des ersten Ventils
(39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
verbindende Offenstellung gebracht wird.
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Durch
diese Ausbildung des Beatmungsventils als vorgesteuertes Ventil
ist gewährleistet,
dass bei druckbeaufschlagter Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) und gleichzeitiger Betätigung des Kolbens (7)
des Federspeicherbremszylinders (1) in Bremsbetätigungsrichtung
die Federkammer (9) des Federspeicherbremszylin ders (1)
nicht mit dem Druck in der Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) beaufschlagt wird.
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Bei
einem Hub des Kolbens (7) des Federspeicherbremszylinders
(1) in Bremslöserichtung (nach
links, in Richtung von der Wand (30) weg) wird zuerst das
zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
und dann das dritte Ventil (5, 15, 13, 52)
in seine Schließstellung gebracht.
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Das
als Beatmungsventil dienende erste Ventil (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48),
das als Absperrventil dienenden zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
und das als Vorsteuerventil dienende dritte Ventil (5, 15, 13, 52)
bilden zusammen eine vorgesteuerte Ventileinrichtung (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48, 5, 13, 52).
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Es
ist natürlich
auch möglich,
das als Beatmungsventil dienende erste Ventil als Schieberventil auszubilden.
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Durch
unterschiedliche Flächenkombinationen
am Ventilkolben (39, 44), welche durch Ändern der
Durchmessertoleranzen des Ventilkolbens (39, 44)
erreicht werden, und durch Verwendung unterschiedlicher Federn lässt sich
auf einfache Art und Weise die für
eine Betätigung
des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
erforderliche Betätigungskraft
verändern.
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Der
zum Verbinden der beiden Arbeitsanschlüsse (14 und 34)
dienende Durchlass (42, 43) im Ventilkolben (39, 44)
kann auch in der Weise gebildet werden, dass am Ventilkolben (39, 44)
stegartige Vorsprünge
angeordnet werden, die an die Aufnahme (41) für den Dichtkörper (40)
ange formt sind und sich in Richtung der Längsachse des Ventilkolbens (39, 44)
verlaufend in Richtung auf den als Federraum dienenden Raum (48)
zu erstrecken, wobei an die freien Enden der Vorsprünge ein
ringförmiger Körper angeformt
ist. Die Vorsprünge
und der ringförmige
Körper
dienen dann gleichzeitig zur Führung des
Ventilkolbens (39, 44) in dem den kleineren Durchmesser
aufweisenden Teilbereich (46) der abgestuften Bohrung (35, 46).
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Das
auch als Anschlag für
den Ventilkolben (39, 44) dienende Verschlussteil
(36) ist in die Bohrung (35, 46) z.B.
eingeschraubt, eingepresst oder eingeklebt. Wenn das Verschlussteil
(36) eingepresst oder eingeschraubt ist, kann der vom Verschlussteil (36)
gebildete Anschlag für
den Ventilkolben (39, 44) verstellt und somit
der Durchlassquerschnitt für
das erste Ventil verändert
werden.
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Die
in den 3 und 5 gezeigten kombinierten Federspeicher-
und Betriebsbremszylinder werden nicht näher beschrieben, da sie in
ihrem Aufbau dem in 1 gezeigten kombinierten Federspeicher-
und Betriebsbremszylinder entsprechen. Den in 1 gezeigten
Bauteilen gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Diese Figuren dienen lediglich zum besseren Verständnis der
Funktion der erfindungsgemäßen Beatmungseinrichtung.
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Ebenso
werden die in den 4 und 6 gezeigten
Ventile – Beatmungsventil
(39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48),
Absperrventil (5, 14, 13, 52)
und Vorsteuerventil (5, 15, 13, 52) – des kombinierten
Federspeicher- und
Betriebsbremszylinders nicht näher
beschrieben, da diese den in den 2 und 2a gezeigten
Ventilen ent sprechen. Den in den 2 und 2a gezeigten
Bauteilen gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Die 1, 3 und 5 zeigen
den kombinierten Federspeicher- und Betriebsbremszylinder in unterschiedlichen
Betriebsstellungen. Die 2, 2a, 4 und 6 zeigen
die als Beatmungseinrichtung für
die Federkammer des Federspeicherbremszylinders dienenden Ventile
in den Schaltstellungen, die sie bei den unterschiedlichen Betriebsstellungen
des Kolbens (7) des kombinierten Federspeicher- und Betriebsbremszylinders
eingenommen haben.
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Die
Funktion der erfindungsgemäßen Beatmungseinrichtung
wird nachfolgend näher
erläutert.
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Gemäß 1 und 2 befindet
der kombinierte Federspeicher- und Betriebsbremszylinder (1, 2)
sich in einer Betriebsstellung, in welcher die Druckmittelkammer
(4) des Federspeicherbremszylinders (1) mit Druck
beaufschlagt und die Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) entlüftet
ist. Die Feder (12) des Federspeicherbremszylinders (1) ist
mittels des Kolbens (7), welcher sich in seiner linken
Endlage befindet, gespannt. In dieser Position des Kolbens (7)
werden der erste Arbeitsanschluss (14) und der Steueranschluss
(15) des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
von dem Dichtelement (13, 52) überdeckt. Das erste Ventil (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
befindet sich in seiner Offenstellung. Das zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
und das dritte Ventil (5, 15, 13, 52)
befinden sich in ihrer Schließstellung,
so dass die Steuer kammer (37) und die Arbeitskammer (49)
gegen die Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders (2)
abgesperrt sind. Die Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) ist somit mittels des zweiten Ventils ( 5, 14, 13, 52)
gegen die Federkammer (9) des Federspeicherbremszylinders
(1) abgesperrt (2).
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Wird über das
Betriebsbremsventil (19) Druckluft in die Druckmittelkammer
(22) des Betriebsbremszylinders (2) eingesteuert,
so wird dessen Kolben (23, 24) von dem sich in
der Druckmittelkammer (22) aufbauenden Druck in Bremsbetätigungsrichtung,
das heißt,
gegen die Kraft der Feder (26) in Richtung auf die Federkammer
(25) zu, angetrieben. Der Kolben (7) des Federspeicherbremszylinders
(1) verbleibt dabei in seiner in 1 dargestellten
Stellung, solange die Druckmittelkammer (4) des Federspeicherbremszylinders
(1) nicht entlüftet wird.
Das erste Ventil (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
befindet sich in seiner Offenstellung (Grundstellung), in welcher
der zweite Arbeitsanschluss (34) über den Raum (48),
die Ausnehmung (43) im Ventilkolben (39, 44)
und die Durchgangsöffnung
(42) in der Wand des Ventilkolbens (39, 44)
mit der Arbeitskammer (49) und somit mit dem ersten Arbeitsanschluss
(14) verbunden ist. Das zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
und das dritte Ventil (5, 15, 13, 52)
verbleiben in ihrer Schließstellung.
Diese Stellung entspricht der in 2 gezeigten
Stellung des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48),
des zweiten Ventils (5, 14, 13, 52)
und des dritten Ventils (5, 15, 13, 52).
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Wird
die Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders (2)
wieder entlüftet,
kehrt der Kolben (23, 24) des Betriebsbremszylinders
(2), bewirkt durch die Kraft der Feder (26), in
seine Ausgangsstellung zurück.
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Wird,
wie in 3 und 4 dargestellt, die Druckmittelkammer
(4) des Federspeicherbremszylinders (1) über das
als Handbremsventil dienende Ventil (17) entlüftet, wird
der Kolben (7) des Federspeicherbremszylinders (1)
von der sich dabei entspannenden Feder (12) in Bremsbetätigungsrichtung angetrieben.
Dabei wird der Kolben (23, 24) des Betriebsbremszylinders
(2) mittels der Kolbenstange (5) des Kolbens (7)
des Federspeicherbremszylinders (1) in der gleichen Richtung
angetrieben. Bei diesem Vorgang überfahren
der Steueranschluss (15) und der erste Arbeitsanschluss
(14) des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
die als Steuerkante dienende Dichtlippe (52) des Dichtelementes
(13, 52). Das zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
und das dritte Ventil (5, 15, 13, 52)
gelangen dabei in ihre Offenstellung. Über die Verbindungsleitung
(6) in der Kolbenstange (5), das sich bereits
in der Offenstellung befindliche erste Ventil (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
und das geöffnete
zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
ist die Federkammer (9) des Federspeicherbremszylinders
(1) dann mit der Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) verbunden.
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Dadurch,
dass der Kolben (7) des Federspeicherbremszylinders (1)
sich beim Entlüftungsvorgang
der Druckmittelkammer (4) des Federspeicherbremszylinders
(1) in Richtung auf die Druckmittelkammer (4)
zu bewegt, vergrößert sich
das Volumen der Federkammer (9). Durch die dabei auftre tende Druckdifferenz
zwischen dem Druck in der Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) und dem Unterdruck in der Federkammer (9)
des Federspeicherbremszylinders (1) entsteht ein Luftstrom von
der Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders (2)
zur Federkammer (9) des Federspeicherbremszylinders (1)
hin. Dabei gelangt der Luftstrom durch das geöffnete zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
und den ersten Arbeitsanschluss (14) in die Arbeitskammer
(49) des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 14, 15, 37, 47, 48)
und von dieser weiter durch die Durchgangsöffnung (42) und die
an diese anschließende
Ausnehmung (43) im Ventilkolben (39, 44)
sowie durch den Raum (48) zu dem an der Stirnseite des
ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
angeordneten zweiten Arbeitsanschluss (34). Das bedeutet,
dass der Luftstrom in Richtung quer zur Längsachse des Ventilkolbens
(39, 44) in den Ventilkolben (39, 44)
eintritt, in diesem im Übergangsbereich
von der Durchgangsöffnung
(42) zu der Ausnehmung (43) umgelenkt und in Richtung
der Längsachse
des Ventilkolbens (39, 44) aus diesem austritt.
Vom zweiten Arbeitsanschluss (34) gelangt der Luftstrom
dann durch den Verbindungskanal (6) in der Kolbenstange
(5) und die an diesen anschließende Durchgangsöffnung (10)
im Kolben (7) des Federspeicherbremszylinders (1)
in die Federkammer (9). Es findet ein Druckausgleich zwischen
der Federkammer (9) des Federspeicherbremszylinders (1)
und der Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
statt. Ein Druckausgleich in der Druckmittelkammer (22)
des Betriebsbremszylinders (2) erfolgt dann über das
Fahrzeugbremssystem, z.B. über
das Betriebsbremsventil (19) zur Atmosphäre hin.
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Wird
in die Druckmittelkammer (4) des Federspeicherbremszylinders
(1) wieder Druckmittel eingesteuert, bewegt der Kolben
(7) sich in Richtung auf die Federkammer (9) zu.
Dadurch, dass sich dabei das Volumen der Federkammer (9)
verringert, wird die in der Federkammer (9) befindliche
Luft über das
geöffnete
erste Ventil (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
und das geöffnete
zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
in die Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) gedrückt.
Ein Druckausgleich in der Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) erfolgt dann wieder über das Fahrzeugbremssystem,
z.B. über
das Betriebsbremsventil (19) zur Atmosphäre hin.
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Erst
im letzten Teil des Hubes des Kolbens (7) des Federspeicherbremszylinders
(1), wenn der erste Arbeitsanschluss (14) und
der Steueranschluss (15) die als Steuerkante dienende Dichtlippe
(52) des Dichtelementes (13, 52) überfahren,
gelangt zuerst das zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
und dann das dritte Ventil (5, 15, 13, 52)
in seine Schließstellung.
Das zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
sperrt dann die Verbindung zwischen der Druckmittelkammer (22)
des Betriebsbremszylinders (2) und der Federkammer (9) des
Federspeicherbremszylinders (1) in Richtung auf die Federkammer
(9) zu. Der bei der weiteren Bewegung des Kolbens (7)
in der gleichen Richtung sich in der Federkammer (9) aufbauende
geringe Überdruck baut
sich dadurch ab, dass die Luft aus der Federkammer durch das geöffnete erste
Ventil (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
in den Raum (51) im Dichtelement (13, 52)
einströmt,
die Dichtlippe (52) des Dichtelementes (13, 52)
von der Kolbenstange (5) abhebt und durch den dabei entstehenden
Spalt zwischen Dichtlippe (52) und Kolbenstange (5)
zur Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders (2)
hin abströmt.
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Wird
in die Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2), bei entlüfteter
Druckmittelkammer (4) des Federspeicherbremszylinders (1), über das
Betriebsbremsventil (19) Druckluft eingesteuert, beaufschlagt
diese auch die Steuerkammer (37) und die Arbeitskammer
(49) des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48).
Durch die Kraft des sich dann in der Steuerkammer (37)
aufbauenden Druckes wird der Ventilkolben (39, 44) sehr
schnell gegen die dieser Kraft entgegengerichtete Kraft der Feder
(47) und gegen die Kraft des Druckes in der Arbeitskammer
(49) in Richtung auf den Ventilsitz (50) zu so
weit verschoben bis er mit seinem Dichtkörper (40) am Ventilsitz
(50) zur Anlage kommt. Das erste Ventil (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
ist dann geschlossen und somit die Federkammer (9) des
Federspeicherbremszylinders (1) gegen die Druckmittelkammer
(22) des Betriebsbremszylinders (2) abgesperrt.
Da sich beim Schließvorgang
des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
der Querschnitt der fensterartigen Durchgangsöffnung (42) in der
Wand des Ventilkolbens (39, 44) zunehmend verringert
und weil die Durchgangsöffnung
(42) vorzugsweise so am Ventilkolben (39, 44)
angeordnet ist, dass diese bereits geschlossen ist bevor der Dichtkörper (40)
am Ventilsitz (50) zur Anlage kommt, gelangt während des Schließvorganges
nur eine vernachlässigbar
kleine Menge Luft in die Federkammer (9) des Federspeicherbremszylinders
(1).
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Wird,
wie in 5 dargestellt, die Druckmittelkammer (4)
des Federspeicherbremszylinders (1) über das Handbremsventil (17)
mit der Atmosphäre verbunden,
während
die Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders (2)
noch mit Druck beaufschlagt ist, wird der Kolben (7) des
Federspeicherbremszylinders (1) durch die Kraft der sich
dabei entspannenden Feder (12) in Bremsbetätigungsrichtung angetrieben.
Dabei taucht die Kolbenstange (5) des Federspeicherbremszylinders
(1) in die Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) ein. Dadurch, dass der Steueranschluss (15)
des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48),
gesehen von der Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) aus, vor dem ersten Arbeitsanschluss (14)
des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
angeordnet ist, überfährt der
Steueranschluss (15) die als Steuerkante dienende Dichtlippe
(52) des Dichtelementes (13, 52) bereits
dann, wenn der erste Arbeitsanschluss (14) noch von dem Dichtelement
(13, 52) überdeckt
wird. Die Dichtlippe (52) des Dichtelementes (13, 52)
befindet sich dann zwischen dem Steueranschluss (15) und
dem ersten Arbeitsanschluss (14), wie in 6 erkennbar
ist. Druckluft aus der Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) gelangt dann über
den Steueranschluss (15) in die Steuerkammer (37)
des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48).
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Ist
der Druck in der Steuerkammer (37) so weit angestiegen,
dass seine auf die erste Wirkfläche (38)
des Ventilkolbens (39, 44) ausgeübte Kraft
die dieser Kraft entgegengerichtet auf den Ventilkolben (39, 44)
ausgeübte
Kraft der Feder (47) überwindet, bewegt
der Ventilkolben (39, 44) sich nach links in Richtung
auf den Raum (48) des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
zu, soweit, bis er mit seinem Dichtkörper (40) am Ventilsitz
(50) zur Anlage kommt. Das erste Ventil (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
gelangt dann in seine Schließstellung.
Bei der weiteren Bewegung der mit dem Kolben (7) verbundenen
Kolbenstange (5) des Federspeicherbremszylinders (1)
in Richtung auf die Druckmittelkammer (22) zu überfährt der
erste Arbeitsanschluss (14) des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
die Dichtlippe (52) des Dichtelementes (13, 52).
Der erste Arbeitsanschluss (14) ist dann dem Druck in der
Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders (2)
ausgesetzt. Da das erste Ventil (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
jedoch vorher in seine Schließstellung
gelangt ist, bleibt die Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) gegen die Federkammer (9) des Federspeicherbremszylinders
(1) abgesperrt.
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In 7 ist
ein vergrößerter Ausschnitt
des Bereiches der Kolbenstange (5) des Federspeicherbremszylinders
(1) dargestellt, in welchem das erste Ventil, das zweite
Ventil und das dritte Ventil angeordnet sind. Die aus dem ersten
Ventil, dem zweiten Ventil und dem dritten Ventil bestehende Ventileinrichtung
unterscheidet sich von der entsprechenden Ventileinrichtung gemäß dem vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel
lediglich dadurch, dass der abgestufte Ventilkolben des ersten Ventils
der Ventileinrichtung als Fächerkolben
ausgebildet ist. Bauteile, die den im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
gezeigten und beschriebenen Bauteilen gleich sind, sind mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Wie
auch in dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel
gezeigt, ist in der mehrfach abgestuften Bohrung (35, 46)
im verdickten Teil (11) der Kolbenstange (5) des
Federspeicherbremszylinders (1) ein abgestufter Ventilkolben
(64, 68) in Richtung der Längsachse der Bohrung (35, 46)
bewegbar angeordnet. Der Ventilkolben (64, 68)
unterteilt die Bohrung (35, 46) in die Steuerkammer
(37), die Arbeitskammer (49) und den Raum (48),
an den der zweite Arbeitsanschluss (34) anschließt. Der
Raum (48) ist somit praktisch ein Teil des zweiten Arbeitsanschlusses
(34). In dem Abschnitt des verdickten Bereiches (11)
der Kolbenstange (5), in welchem der den größeren Durchmesser
aufweisende Teilbereich (35) der Bohrung (35, 46)
gelegen ist, sind quer zur Längsachse
des Ventilkolbens (64, 68) verlaufend der erste Arbeitsanschluss
(14), der in die Arbeitskammer (49) einmündet, und
der Steueranschluss (15), der in die Steuerkammer (37)
einmündet,
angeordnet. Der zweite Arbeitsanschluss (34) ist an der
dem Verschlussteil (36) für die Bohrung (35, 46)
abgewandten Stirnseite des ersten Ventils (64, 68, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
angeordnet.
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Der
Ventilkolben (64, 68) weist einen ersten Abschnitt
(64), der in dem den größeren Durchmesser
aufweisenden Teilbereich (35) der Bohrung (35, 46)
geführt
wird, und einen an diesen anschließenden zweiten Abschnitt (68),
der in dem den kleineren Durchmesser aufweisenden Teilbereich (46)
der Bohrung (35, 46) geführt wird auf. Im Bereich der
Stufe vom ersten Abschnitt (64) zum zweiten Abschnitt (68)
des Ventilkolbens (64, 68) hin ist auf dem Umfang
des zweiten Abschnitts (68) eine als Aufnahme (65) für den Dichtkörper (40)
dienende umlaufende Nut vorgesehen. Im Mantel des zweiten Abschnitts (68)
des Ventilkolbens (64, 68) sind mehrere in Richtung
der Längsachse
des Ventilkolbens (64, 68) verlaufende nutartige
Vertiefungen (66, 69) angeordnet. Die nutartigen
Vertiefungen (66, 69) beginnen nahe der oder an
der Aufnahme (65) für
den Dichtkörper (40)
des Ventilkolbens (64, 68) und erstrecken sich, in
Richtung der Längsachse
des Ventilkolbens (64, 68) verlaufend, auf das
dem Raum (48) zugewandte Ende des Ventilkolbens (64, 68)
zu. Der Boden (67) jeder der nutartigen Vertiefungen (66, 69)
bildet eine Schräge,
welche von dem dem Raum (48) zugewandten Endbereich des
Ventilkolbens (64, 68) ausgehend in Richtung auf
die Aufnahme (65) für
den Dichtkörper
(40) zu ansteigt. Der dem Raum (48) zugewandte
Endbereich des Ventilkolbens (64, 68) verjüngt sich
kegelförmig
in Richtung auf den Raum (48) zu. Von den nutartigen Vertiefungen
(66, 69) werden Durchlässe gebildet, über welche
der erste Arbeitsanschluss (14) mit dem Raum (48)
und somit mit dem zweiten Arbeitsanschluss (34) verbunden
ist, wenn das erste Ventil (64, 68, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48) sich
in seiner Offenstellung befindet.
-
Der
Ventilkolben (64, 68) wird von der im Raum (48)
angeordneten Druckfeder (47) in Öffnungsrichtung des ersten
Ventils (64, 68, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
beaufschlagt und so mit seiner die Steuerkammer (37) begrenzenden
Stirnseite (63) an dem auch als Anschlag für den Ventilkolben
(64, 68) dienenden Verschlussteil (36)
gehalten.
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Das
die Kolbenstange (5) umschließende ringförmige Dichtelement (13, 52)
bildet mit dem ersten Arbeitsanschluss (14) das als Absperrventil
dienende zweite Ventil (5, 14, 13, 52)
und mit dem Steueranschluss (15) das als Vorsteuerventil
dienende dritte Ventil (5, 15, 13, 52).
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In 7a ist
ein Schnitt durch den Ventilkolben (64, 68) gezeigt,
wobei der Ventilkolben (64, 68) um 90° um seine
Längsachse
gedreht ist. In dieser Ansicht sind die im Mantel des Ventilkolbens
(64, 68) angeordneten nutartigen Vertiefungen
(66, 69) deutlich erkennbar.
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Es
ist natürlich
auch möglich,
den zweiten Abschnitt (68) des Ventilkolbens (64, 68)
sich in Richtung auf den Raum (48) zu kegelförmig verjüngend auszubilden
und auf dem Umfang dieses Abschnitts (68) des Ventilkolbens
(64, 68) vorzugsweise im gleichen Abstand zueinander
angeordnete rippenartige Vorsprünge
vorzusehen. Die rippenartigen Vorsprünge beginnen an der oder nahe
der als Aufnahme (65) für
den Dichtkörper
(40) dienenden umlaufenden Nut und erstrecken sich, in
Richtung der Längsachse
des Ventilkolbens (64, 68) verlaufend, auf das
dem Raum (48) zugewandte Ende des Ventilkolbens (64, 68)
zu. Jeder der rippenartigen Vorsprünge ist so ausgebildet und
so bemessen, dass seine der kegelförmigen Basis des zweiten Abschnitts
des Ventilkolbens abgewandte Seite parallel zu der die abgestufte
Bohrung (35, 46) begrenzenden Wand verläuft. Die
rippenartigen Vorsprünge
dienen dann gleichzeitig zur Führung
des den kleineren Durchmesser aufweisenden Abschnitts (68)
des Ventilkolbens (64, 68) in dem den kleineren
Durchmesser aufweisenden Teilbereich (46) der Bohrung (35, 46).
Von den einander zugewandten Seiten der rippenartigen Vorsprünge und der
Basis des zweiten Abschnitts (68) des Ventilkolbens (64, 68)
werden dann die Durchlässe
des Ventilkolbens gebildet, über
wel che bei geöffnetem
ersten Ventil (64, 68, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48) der
erste Arbeitsanschluss (14) mit dem zweiten Arbeitsanschluss
(34) verbunden ist.
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Der
Ventilkolben kann, wie vorstehend beschrieben, mehrere Durchlässe aufweisen.
Bei entsprechend großer
Dimensionierung eines Durchlasses ist es aber auch möglich, den
Ventilkolben mit nur einem Durchlass zu versehen.
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Die
Funktion des mit einem derart ausgebildeten Ventilkolben ausgestatteten
Beatmungsventils ist die gleiche, wie die des in dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel
beschriebenen Beatmungsventils, so dass auf eine Wiederholung der
Beschreibung verzichtet werden kann.
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Wenn
das erste Ventil als reines Schieberventil ausgebildet ist, können die
auf dem zweiten Abschnitt (68) des Ventilkolbens (64, 68)
angeordneten rippenartigen Vorsprünge oder die im Mantel des zweiten
Abschnitts (68) des Ventilkolbens (64, 68) angeordneten
nutartigen Vertiefung (66, 69) an der Steuerkante
im Übergangsbereich
vom ersten Abschnitt (64) zum zweiten Abschnitt (68)
des Ventilkolbens (64, 68) beginnen. Der die rippenartigen
Vorsprünge
oder die nutartigen Vertiefungen aufweisende zweite Abschnitt (68)
und der an diesen anschließende
erste Abschnitt (64) des Ventilkolbens (64, 68) haben
dann gleiche Durchmesser. Als Arbeitskammer kann dann der in die
Bohrung (35, 46) zur Aufnahme des Ventilkolbens
einmündende
Endbereich des Arbeitsanschlusses (14) oder bei Anordnung
eines Ventilkolbens mit mehreren Durchlässen eine Ringkammer im Mantel
des Ventilkolbens bzw. eine Ringkammer in der die Bohrung (35, 46)
begrenzenden Wand dienen.
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In 8 ist
ein kombinierter Federspeicher- und Betriebsbremszylinder dargestellt,
der ebenfalls die vorstehend beschriebene Beatmungseinrichtung enthält. Dieser
kombinierte Federspeicher- und Betriebsbremszylinder unterscheidet
sich von dem vorstehend beschriebenen Federspeicher- und Betriebsbremszylinder
lediglich dadurch, dass der Kolben des Federspeicherbremszylinders
sich aus einer ringförmigen
Membran (55) und einem Trägerteil (54) aus einem
starren Material, wie z.B. Stahlblech, zusammensetzt. Die Membran
(55) ist mit ihrem inneren Randbereich in den äußeren Randbereich
des Trägerteiles
(54) und mit ihrem äußeren Randbereich zwischen
der Wand (30) und dem Deckel (53) des Federspeicherbremszylinders
(1) eingespannt. Derartige kombinierte Federspeicher- und
Betriebsbremszylinder sind auch unter der Bezeichnung Doppelmembranzylinder
bekannt. Die Bauteile dieses kombinierten Federspeicher- und Betriebsbremszylinders
und die Bauteile der Beatmungseinrichtung, welche den Bauteilen
der vorstehend beschriebenen Federspeicher- und Betriebsbremszylinder
und den Bauteilen der vorstehend beschriebenen Beatmungseinrichtung
gleich sind, sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass hier
auf diese Bauteile nicht mehr eingegangen wird.
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Der
Ventilkolben (39, 44, 64, 68)
des als Beatmungsventil dienenden ersten Ventils (39, 44, 49, 64, 68, 50, 40, 34, 24, 25, 37, 47, 48)
kann aus Metall, Kunststoff (auch verstärkt), Hartgummi oder einem anderen
geeigneten Werkstoff hergestellt werden.
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Unter
einem bewegbaren Ventilkolben ist im Zusammenhang mit der Erfindung
das bewegbare Teil eines Ventils zu verstehen, welches mit einer Steueröffnung (Schieberventil)
oder einem Ventilsitz (Sitzventil) zusammen das Ventil bildet oder
welches als Träger
für den
Dichtkörper
eines Ventils dient (z.B. Ventilkolben, Steuerkolben).
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Der
im Ventilkolben angeordnete Durchlass, über welchen bei geöffnetem
Ventil der erste Arbeitsanschluss mit dem zweiten Arbeitsanschluss
verbunden ist, kann auch als ein schräg zur Längsachse des Ventilkolbens
verlaufender Kanal ausgebildet sein, der an der Mantelfläche des
Ventilkolbens beginnt und an der Stirnseite des Ventilkolbens, welche
der Steuerkammer abgewandt ist, endet.
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Gemäß der Erfindung
kann, wie beschrieben, der Durchlass des Ventilkolbens sowohl von
einer durch einen Abschnitt des Ventilkolbens hindurchgeführten Durchgangsöffnung,
die z.B. auch von wenigstens im Ventilkolben angeordneten Ausnehmungen
und einer fensterartigen Durchbrechung, die miteinander verbunden
sind, als auch von wenigstens einer in der Mantelfläche dieses
Abschnitts des Ventilkolbens angeordneten nutartigen Vertiefung
oder von wenigstens einem Kanal, der von auf dem Mantel des besagten
Abschnitts des Ventilkolbens angeordneten rippenartigen Vorsprüngen begrenzt
wird, gebildet werden.
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Ebenso
ist es gemäß der Erfindung
möglich, den
Ventilkolben als ein rohrartiges Teil auszubilden, dessen der Steuerkammer
zugewandtes Ende verschlossen ist, wobei die Wand des rohrartigen
Teiles wenigstens eine Durchbrechung aufweist, die zusammen mit
dem Innenraum des rohrartigen Teiles den Durchlass bildet, über welches
der erste Arbeitsanschluss und der zweite Arbeitsanschluss des Ventils
bei geöffnetem
Ventil miteinander verbunden sind.
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Die
den zweiten Arbeitsanschluss des Beatmungsventils mit der Federkammer
verbindende Verbindungsleitung kann von dem Innenraum der rohrförmigen Kolbenstange
oder, bei einer Kolbenstange aus vollem Material, von einer die
Kolbenstange in Richtung ihrer Längsachse
wenigstens teilweise durchdringenden Bohrung oder auch von einer
Verbindungsleitung gebildet werden, die in oder an der Kolbenstange
verlegt ist.
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Die
Steuerkante für
das zweite Ventil und das dritte Ventil braucht nicht von dem auch
als Führung
für die
Kolbenstange des Federspeicherbremszylinders dienenden Dichtelement
gebildet zu werden. Es kann auch ein von diesem Dichtelement unabhängiges Dichtelement
vorgesehen werden, welches die Funktion einer Steuerkante übernimmt.
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Das
Gehäuse
des Beatmungsventils muss nicht von der Wand der Kolbenstange gebildet
werden, wie es in den Ausführungsbeispielen
gezeigt ist. Das Beatmungsventil kann selbstverständlich ein
eigenes Gehäuse
aufweisen, in welchem der Ventilkörper bewegbar angeordnet ist
und welches Arbeitsanschlüsse
und einen Steueranschluss aufweist. Ein solches eigenständiges Ventil
kann dann an der Kolbenstange oder in einer entsprechend ausgebildeten Bohrung
oder Ausnehmung in der Kolbenstange oder auch in bzw. an einem mit
der Kolbenstange verbundenen Teil angeordnet werden.
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Die
Anordnung des dritten Ventils (5, 15, 13, 52)
und somit die Vorsteuerung für
das ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 34, 14, 15, 37)
ist für
die erfindungsgemäße Beatmungseinrichtung
zwar von Vorteil, jedoch nicht unbedingt erforderlich.
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Wird
der Steueranschluss (15) so bemessen, dass sein Durchlassquerschnitt
wesentlich größer ist
als der Durchlassquerschnitt des ersten Arbeitsanschlusses (14)
und ist die vom Steuerdruck beaufschlagte Fläche (38, 63)
des Ventilkolbens (39, 44, 64, 68)
so groß bemessen
und die als Rückstellkraft
für den
Ventilkolben (39, 44, 64, 68)
dienende Feder (47) so ausgelegt, dass bei Einsteuerung
von Druckluft in die Druckmittelkammer (22) des Betriebsbremszylinders
(2) ein sehr schnelles Ansprechen des ersten Ventils (39, 44, 49, 50, 40, 34, 14, 15, 37, 47, 48)
erreicht wird, so kann bei der erfindungsgemäßen Beatmungseinrichtung gegebenenfalls auch
auf das zweite Ventil verzichtet werden.
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Der
kombinierte Federspeicher- und Betriebsbremszylinder kann, wie in
den Ausführungsbeispielen
dargestellt, eine gemeinsame Wand (30) für den Federspeicherbremszylinder
(1) und den Betriebsbremszylinder (2) aufweisen.
Es ist jedoch auch möglich,
jeden dieser beiden Bremszylinder mit einer eigenen Wand zu versehen
und die beiden Bremszylinder zu einer Baueinheit zu verbinden, welche
dann den kombinierten Federspeicher- und Betriebsbremszylinder darstellt.