DE102017116609A1

DE102017116609A1 - Überströmventil mit integriertem Druckbegrenzungsventil für ein Luftaufbereitungssystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs

Info

Publication number: DE102017116609A1
Application number: DE102017116609.2A
Authority: DE
Inventors: Isa Aydemir
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2017-07-24
Publication date: 2019-01-24
Also published as: WO2019020447A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Überströmventil (10, 10', 10") für ein Luftaufbereitungssystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, mit wenigstens einem Gehäuse (12), das wenigstens ein im Gehäuseinneren befindlichen Rohrabschnitt (14) umfasst, mit wenigstens einem Kolben (16, 16', 16"), der wenigstens einen Zapfen (18, 18') aufweist, und mit wenigstens einer ersten Druckkammer (20), wobei das Überströmventil (10, 10', 10") ferner wenigstens ein in dem Gehäuse (12) befindliches Druckbegrenzungsventil (22) umfasst, das wenigstens eine zweite Druckkammer (24) und wenigstens eine Kappe (26) mit einer ringförmigen Außenkontur (28) aufweist, wobei sich der Zapfen (18, 18') aus einer der ersten Druckkammer (20) zugewandten pneumatischen Wirkfläche (30) des Kolbens (16, 16', 16") erhebt und sich wenigstens innerhalb des Rohrabschnitts (14) erstreckt, wobei die Kappe (26) an einem dem Kolben (16, 16', 16") abgewandten zweiten Ende (32) des Zapfens (18, 18') befestigt ist, wobei die erste Druckkammer (20) und die zweite Druckkammer (24) mittels des Rohrabschnitts (14) miteinander verbunden sind, und wobei der Rohrabschnitt (14) über einen Steg (34) mit dem Gehäuse (12) einstückig verbunden ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Luftaufbereitungssystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überströmventil für ein Luftaufbereitungssystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, wobei das Überströmventil wenigstens ein in seinem Gehäuseinneren befindliches Druckbegrenzungsventil umfasst. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung das Luftaufbereitungssystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik ist bereits eine Mehrzahl von Überströmventilen für Luftaufbereitungssysteme von Fahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen, bekannt. Die Mehrheit der Luftaufbereitungssysteme weist jedoch Überströmventile und Druckbegrenzungsventile als baulich und funktionell getrennte Einheiten auf.
Das Luftaufbereitungssystem ist eine zentrale Komponente im Bremssystem eines Nutzfahrzeugs, in dem die vom Kompressor geförderte öl- und wasserhaltige Luft gefiltert und gereinigt wird. Die komprimierte Luft wird hierbei mit dem benötigten Druck und in der richtigen Befüllreihenfolge den verschiedenen Bremskreisen und Luftverbrauchern im Nutzfahrzeug zugeteilt. Im Falle eines unerwünschten Betriebszustands werden die einzelnen Bremskreise gegeneinander abgesichert, sodass zum Abbremsen des Nutzfahrzeugs eine ausreichende Hilfsbremswirkung zur Verfügung steht. Ein elektronisches Luftaufbereitungssystem beinhaltet neben einer Steuerelektronik Sensoren und Aktuatoren. Neueste Luftaufbereitungsgeräte beinhalten zusätzlich noch eine elektronische Parkbremsvorrichtung.
Um den Druck in einem Kreis abzusenken, bedarf es eines Druckbegrenzungsventils. Die Reibung in diesem Ventil muss so gering wie möglich sein, um die Hysterese des Ventils so gering wie möglich zu halten. Aus diesem Grund werden bei den Druckbegrenzungsventilen Dichtmittel eingesetzt, die entweder aufvulkanisiert werden oder eine aufgezogene Formdichtung enthalten.
Um die Betriebskreise des Nutzfahrzeugs mit verschiedenen Druckniveaus zu beaufschlagen und diese mit einer definierten Befüllreihenfolge zu realisieren, werden sogenannte Überströmventile vorgesehen. Diese werden in den Druckluftsystemen in unterschiedlichsten Varianten verwendet, z.B. als Kolben-, Membran- und Topfmembranüberströmventile. Um die Ausgestaltung dieser Ventile kostengünstig zu gestalten, werden vorzugsweise als Dichtmittel Membrane bzw. Topfmembrane verwendet.
In Zusammenhang mit dieser Erfindung wird ein Überströmventil mit einer Membran und/oder einer Topfmembran mit einem Druckbegrenzungsventil kombiniert. Durch dieses Prinzip wird kein zusätzliches externes Druckbegrenzungsventil mehr benötigt.
So zeigen beispielsweise die DE 28 33 788 B1 , die DE 41 14 977 A1 , die DE 102 20 789 A1 , die DE 197 00 243 C1 , die DE 10 2005 018 889 A1 und die DE 10 2012 014 733 A1 Mehrkreisschutzventile mit Überström- und/oder Druckbegrenzungsventilen für Bremsvorrichtungen von Fahrzeugen.
Im Übrigen ist in der DE 196 26 454 A1 eine Ventileinrichtung, mittels welcher ein begrenzter Druck einem Verbraucher eines druckmittelbetätigten Bremskreises eines Fahrzeuges zugeführt werden kann, gezeigt.
Die DE 10 2008 053 994 A1 zeigt außerdem ein kombiniertes Überström- und Druckbegrenzungsventil in Form einer doppelwirkenden Druckbegrenzungseinrichtung für eine Druckmittelversorgungsanalage in einem Kraftfahrzeug.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2013 003 405 A1 ein Überströmventil für ein druckluftbetriebenes Bremssystem eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Dichtkonzept bekannt.
Die EP 1 595 764 A1 offenbart darüber hinaus ein Druckminderungsventil insbesondere für eine Nutzfahrzeugbremsanlage zur Begrenzung eines zuströmenden Primärdruckes auf einen gewissen abströmenden Sekundärdruck.
Die WO 2010/069426 A1 zeigt zudem ein baulich und funktional kombiniertes Druckbegrenzungs- und Überströmventil für eine Luftaufbereitungsanalage in einem Nutzfahrzeug.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Überströmventil mit integriertem Druckbegrenzungsventil der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, die Anzahl verwendeter Bauteile und demzufolge den erforderlichen Bauraum zu reduzieren, wodurch ferner die anfallenden Herstellungs- und Montagekosten sowie das Gewicht des Überströmventils mit integriertem Druckbegrenzungsventil minimiert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Überströmventil mit integriertem Druckbegrenzungsventil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach ist vorgesehen, dass ein Überströmventil für ein Luftaufbereitungssystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, mit wenigstens einem Gehäuse, das wenigstens ein im Gehäuseinneren befindlichen Rohrabschnitt umfasst, mit wenigstens einem Kolben, der wenigstens einen Zapfen aufweist, und mit wenigstens einer ersten Druckkammer versehen ist, wobei das Überströmventil ferner wenigstens ein in dem Gehäuse befindliches Druckbegrenzungsventil umfasst, das wenigstens eine zweite Druckkammer und wenigstens eine Kappe mit einer ringförmigen Außenkontur aufweist, wobei sich der Zapfen aus einer der ersten Druckkammer zugewandten pneumatischen Wirkfläche des Kolbens erhebt und sich wenigstens innerhalb des Rohrabschnitts erstreckt, wobei die Kappe an einem dem Kolben abgewandten zweiten Ende des Zapfens befestigt ist, wobei die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer mittels des Rohrabschnitts miteinander verbunden sind, und wobei der Rohrabschnitt über einen Steg mit dem Gehäuse einstückig verbunden ist.
Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, den strukturellen Aufbau des Überströmventils mit einem in dessen Gehäuse integrierten Druckbegrenzungsventil zu vereinfachen. Dies ist im Wesentlichen dadurch erreichbar, dass der sich im Gehäuse befindliche Rohrabschnitt über einen beispielsweise ringförmigen Steg mit dem Gehäuse verbunden ist und somit Rohrabschnitt, ringförmiger Steg und Gehäuse ein gemeinsames Bauteil ausbilden. Ferner unterteilt der Rohrabschnitt und der Steg das Innere des Gehäuses in sehr einfacher Art und Weise in eine erste und eine zweite Druckkammer, die im Übrigen mittels des Rohrabschnitts verbunden sind. Da der Rohrabschnitt sowohl in die erste als auch in die zweite Druckkammer hineinragt, kann zudem mit minimalem Aufwand ein Überströmventilsitz realisiert werden, der durch Kontakt des Überströmventilkolbens und dem ersten Ende des Rohrabschnitts entsteht. Aufgrund der koaxialen Ausrichtung eines sich aus der pneumatischen Wirkfläche des Kolbens erhebenden und sich innerhalb des Rohrabschnitts erstreckenden Zapfens ist ferner mit einem ebenfalls geringen Konstruktionsaufwand am zweiten Ende des Rohrabschnitts (dem gegenüberliegenden Ende des ersten Endes) der Ventilsitz des Druckbegrenzungsventils realisierbar. Dabei wird der Druckbegrenzungsventilsitz durch Kontakt des zweiten Endes des Rohrabschnitts mit der ringförmigen Außenkontur der Kappe realisiert. Die Formgebung der Kappe mit ringförmiger Außenkontur kann im Übrigen auch als sogenannter Hut angesehen werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Rohrabschnitt im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweist. Diese Formgebung wirkt sich besonders günstig auf die Herstellung des Rohrabschnitts und auf nachfolgende Bearbeitungsschritte beispielsweise zur Gestaltung der pneumatischen Wirkflächen an dem ersten und zweiten Ende des Rohrabschnitts.
Ferner ist denkbar, dass mittels einem dem Kolben zugewandten ersten Ende des Rohrabschnitts und dem Kolben ein erster Ventilsitz, insbesondere ein Überströmventilsitz, ausgebildet ist, falls der Kolben eine erste Schaltstellung einnimmt. Dabei kann die erste Schaltstellung des Kolbens insbesondere dem einseitigen Verschließen des Rohrabschnitts zugeordnet sein. Demnach berühren sich die jeweiligen pneumatischen Wirkflächen des Kolbens und des ersten Endes des Rohrabschnittes, wodurch der Überströmventilsitz ausgebildet wird. Es kann also keine Druckluft von der ersten Druckkammer über den Rohrabschnitt in die zweite Druckkammer einströmen. Wird innerhalb der ersten Druckkammer einen gewisser Druckwert erreicht, erhebt sich der Kolben weg von dem Überströmventilsitz, wodurch die Druckluft von der ersten Druckkammer über den Rohrabschnitt in die zweite Druckkammer einströmen kann.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass mittels einem dem Kolben abgewandten zweiten Ende des Rohrabschnitts und der Kappe ein zweiter Ventilsitz, insbesondere ein Druckbegrenzungsventilsitz, ausgebildet ist, falls der Kolben eine zweite Schaltstellung einnimmt. Je höher der Druck innerhalb der ersten Druckkammer ansteigt, desto weiter entfernt sich die pneumatische Wirkfläche des Kolbens von der pneumatischen Wirkfläche des ersten Endes des Rohrabschnitts. Da die Kappe über den Zapfen mit dem Kolben verbunden ist, wirkt sich dessen lineare Bewegung auf die Bewegung der Kappe aus. Folglich berührt ab einem gewissen Druckwert innerhalb der ersten Druckkammer die pneumatische Wirkfläche der Kappe die entsprechende pneumatische Wirkfläche des zweiten Endes des Rohrabschnitts. Infolgedessen kann der Kolben keine weitere Bewegung mehr ausführen, wodurch die zweite Schaltstellung des Kolbens erreicht ist. Aufgrund der Berührung der jeweiligen pneumatischen Wirkflächen der Kappe und des zweiten Endes des Rohrabschnitts ist der Druckbegrenzungsventilsitz ausgebildet. Infolgedessen kann keine Druckluft mehr von der ersten Druckkammer über den Rohrabschnitt in die zweite Druckkammer einströmen, wodurch die temporäre Druckbegrenzungsfunktion wirksam ist, solange der Druck innerhalb der ersten Druckkammer nicht sinkt.
Außerdem ist denkbar, dass das Überströmventil wenigstens eine Membrandichtung aufweist. Um Reibungsverluste des Kolbens und infolgedessen die Hysterese des Überström- und Druckbegrenzungsventil so gering wie möglich zu halten, kann eine Membrandichtung vorgesehen sein.
Im Übrigen kann vorgesehen sein, dass wenigstens an der zur ersten Druckkammer zugewandten pneumatischen Wirkfläche des Kolbens die Membrandichtung befestigt ist, die mittels eines Membranrings an dem Gehäuse befestigt ist. Da der Kolben bezüglich des Gehäuses verschiebbar ist, können die erste Druckkammer und der Kolben mittels einer Membrandichtung gegenseitig abgedichtet werden, um so eine eindeutige Funktionserfüllung des Überströmventils zu gewährleisten. Des Weiteren gewährleistet der Einsatz der Membrandichtung die Reibung des Überströmventils so gering wie möglich zu halten, um infolgedessen die Hysterese des Ventils ebenfalls auf ein Minimum zu reduzieren. Der Membrandichtung kommt eine zusätzliche Aufgabe zu, nämlich, die Dichtwirkung des Überströmventilsitzes zu verbessern, so dass eventuell auftretende Leckageverluste wirksam vermieden werden können. Dies ist im vorliegenden Fall besonders bei einer Axialdichtung von Vorteil. Um die mechanischen Belastungen der Membrandichtung möglichst gering zu halten, ist eine Befestigung der Membrandichtung an dem Gehäuse über einen entsprechend gestalteten Membranring vorteilhaft.
Darüber hinaus ist denkbar, dass die Membrandichtung eine Topfmembrandichtung ist. Dadurch kann die Befestigung der Membrandichtung am Gehäuse infolge weiterer Gestaltungsmöglichkeiten zusätzlich optimiert werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass an der Mantelfläche des Kolbens wenigstens eine Radialdichtung angebracht ist. Je nach Einsatzzweck des Überströmventils kann es aufgrund von vielen Schaltstellungswechseln des Kolbens zu einer beschleunigten Alterung der (Topf-) Membrandichtung kommen, weshalb die Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Gehäuse durch eine an der Mantelfläche des Kolbens angebrachte Radialdichtung ebenfalls denkbar ist.
Des Weiteren ist vorstellbar, dass an der zur ersten Druckkammer zugewandten pneumatischen Wirkfläche des Kolbens wenigstens eine erste Axialdichtung angebracht ist. Diese Ausführung ist insbesondere dann von in Betracht zu ziehen, wenn der Kolben gegenüber dem Gehäuse mittels einer Radialdichtung abgedichtet ist und deshalb eine weitere Axialdichtung nötig ist, um die bereits zuvor beschriebene verbesserte Dichtwirkung des Überströmventilsitzes zu erzielen.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Zapfen an dem Kolben lösbar befestigt ist. Dies ist beispielsweise durch eine Schraubverbindung möglich. Allerdings kann die Verbindung zwischen Zapfen und Kolben auf anderen gängigen Wegen erfolgen. Sind Zapfen und Kolben zwei getrennt ausgeführte Bauteile kann dies beispielsweise zu einer Vereinfachung des Herstellungsprozesses des Zapfens und/oder des Kolbens führen. Des Weiteren wird die Möglichkeit geschaffen, Kolben und Zapfen aus unterschiedlichen Werkstoffen herzustellen.
Denkbar ist allerdings auch, dass der Zapfen und der Kolben einstückig verbunden sind. Diese Gestaltung erlaubt eine einfachere Montage des Kolbens bzw. Zapfens sowie eine verringerte Teileanzahl.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass wenigstens an einer dem zweiten Ende des Rohrabschnitts zugewandten pneumatischen Wirkfläche der ringförmigen Außenkontur der Kappe eine zweite Axialdichtung angebracht ist. Diese Gestaltung erlaubt eine Erhöhung der Dichtwirkung des Druckbegrenzungsventilsitzes, wodurch die Funktionssicherheit des Druckbegrenzungsventils im Allgemeinen erhöht wird.
Im Übrigen ist denkbar, dass die zweite Axialdichtung im Wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Somit kann die zweite Axialdichtung sehr einfach auf die ringförmige Außenkontur der Kappe aufgesteckt werden. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass die zweite Axialdichtung aus einem elastischen Material (zum Beispiel ein Elastomer) hergestellt ist. Dies hat ferner den Vorteil, dass auf weitere Befestigungselemente verzichtet werden kann.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass ein Luftaufbereitungssystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, wenigstens ein derartiges Überströmventil aufweist. Der Umstand, dass ein Luftaufbereitungssystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, im Allgemeinen mehrere Überström- bzw. Druckbegrenzungsventile aufweist, kann durch deren optimierte Gestaltung hinsichtlich deren Bauraums und der Minimierung der notwendigen Anzahl an Bauteilen das Luftaufbereitungssystem ebenfalls hinsichtlich dieser Parameter optimiert werden.
Ferner ist vorstellbar, dass ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, wenigstens ein derartiges Luftaufbereitungssystem umfasst. Ein hinsichtlich des Bauraums und der Bauteilanzahl optimiertes Luftaufbereitungssystem wirkt sich logischerweise auch auf die Gesamteffizienz des Nutzfahrzeugs aus.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand von drei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Überströmventils mit integriertem Druckbegrenzungsventil eines erfindungsgemäßen Luftaufbereitungssystems für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug;
2 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Überströmventils mit integriertem Druckbegrenzungsventil;
3 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Überströmventils mit integriertem Druckbegrenzungsventil;
4 eine Detaildarstellung des dritten Ausführungsbeispiels gemäß 3 bei geschlossenem Überströmventil; und
5 eine weitere Detaildarstellung des dritten Ausführungsbeispiels gemäß 3 bei geöffnetem Überströmventil.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Überströmventils 10 mit integriertem Druckbegrenzungsventil 22 eines erfindungsgemäßen Luftaufbereitungssystems für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, insbesondere eines Nutzfahrzeugs.
Das Überströmventil 10 weist ein Gehäuse 12 und einen Gehäusedeckel 60 auf. Innerhalb des Gehäusedeckels 60 befindet sich eine Feder 58 und ein Federteller 56. Ferner weist der Gehäusedeckel 60 eine Einstellschraube 62 auf.
Darüber hinaus enthält das Überströmventil 10 einen Kolben 16. Der Kolben 16 weist außerdem einen Zapfen 18 und eine pneumatische Wirkfläche 30 auf. Weiter enthält das Überströmventil 10 einen Membranring 46 sowie eine Membrandichtung 44.
Des Weiteren umfasst das Gehäuse 12 einen ersten Druckluftanschluss 54. Innerhalb des Gehäuses 12 befindet sich zudem eine erste Druckkammer 20. Zusätzlich befinden sich im Gehäuseinneren ein Rohrabschnitt 14 und ein Steg 34.
Der Rohrabschnitt 14 ist über den Steg 34 mit dem Gehäuse 12 einstückig verbunden.
Weiterhin umfasst das Überströmventil 10 ein Druckbegrenzungsventil 22. Das Druckbegrenzungsventil 22 umfasst eine zweite Druckkammer 24. Diese befindet sich ebenfalls innerhalb des Gehäuses 12.
Im Übrigen umfasst das Druckbegrenzungsventil 22 eine Kappe 26 mit einer ringförmigen Außenkontur 28. Zusätzlich weist die Kappe 26 eine zweite Axialdichtung 52 auf.
Zudem umfasst das Überströmventil 10 einen Überströmventilsitz 38 und einen Druckbegrenzungsventilsitz 42.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Überströmventils 10 mit integriertem Druckbegrenzungsventil 22 lässt sich wie folgt beschrieben:
Der Gehäusedeckel 60, der in 1 durch ein im Wesentlichen topfförmiges Bauteil ausgebildet ist, ist an seinem offenen dem Gehäuse 12 zugewandten Ende, an dem Gehäuse 12 lösbar befestigt. Die Befestigung kann beispielsweise durch nicht näher in 1 dargestellte Schrauben erfolgen. Die Befestigung ist allerdings auch mittels anderer gängiger Befestigungselemente möglich.
Ferner ist an dem dem Gehäuse 12 abgewandten Ende des Gehäusedeckels 60 eine Einstellschraube 62 eingeschraubt, über die mittels eines mit ihr in Wirkverbindung stehenden Federtellers 56 der Federweg und somit die Vorspannung der Feder 58 eingestellt werden kann.
Die vorgespannte Feder 58 bewirkt, dass die der ersten Druckkammer 20 zugewandte pneumatische Wirkfläche 30 des Kolbens 16 gegen das erste Ende 36 des Rohrabschnitts 14 angestellt ist, welches dem Kolben 16 zugewandt ist. Somit ist ein erster Ventilsitz 38, insbesondere ein Überströmventilsitz, mittels des dem Kolben 16 zugewandten ersten Ende 36 des Rohrabschnitts 14 und dem Kolben 16 ausgebildet, falls der Kolben 16 eine erste Schaltstellung einnimmt. Die erste Schaltstellung des Kolbens 16 liegt vor, solange der Kolben 16 und das erste Ende 36 des Rohrabschnitts 14 in Berührung stehen. Allerdings steht der Kolben 16 nicht unmittelbar über seine pneumatische Wirkfläche 30 mit dem ersten dem Kolben 16 zugewandten Ende 36 des Rohrabschnitts 14 in Berührung.
Vielmehr kann 1 entnommen werden, dass das Überströmventil 10 eine Membrandichtung 44 aufweist. Diese ist wenigstens an der zur ersten Druckkammer 20 zugewandten pneumatischen Wirkfläche 30 des Kolbens 16 befestigt. Der Einsatz der Membrandichtung 44 gewährleistet, die Reibung des Überströmventils 10 so gering wie möglich zu halten, um infolgedessen die Hysterese des Überströmventils 10 ebenfalls auf ein Minimum zu reduzieren. Dabei kann die Membrandichtung 44 zumindest an der pneumatischen Wirkfläche 30 des Kolbens 16 aufgesteckt, aufgezogen, verschraubt, geklipst, geklebt und/oder aufvulkanisiert sein. Andere in diesem Zusammenhang ebenfalls denkbare Befestigungsmöglichkeiten zwischen Membrandichtung 44 und Kolben 16 sind ebenfalls vorstellbar.
Zudem ist die Membrandichtung 44 mittels eines Membranrings 46 an dem Gehäuse 12 befestigt. Bei günstiger Ausgestaltung des Membranrings 46 können die mechanischen Belastungen der Membrandichtung 44 infolge des zyklischen Wechsels der Schaltstellungen des Kolbens 16 minimiert werden. Der Membrandichtung 44 kommen zwei wesentliche Funktionen zu. Die erste Funktion besteht darin, die Dichtwirkung des Überströmventilsitzes zu verbessern. Die zweite Funktion besteht folglich in der Abdichtung der ersten Druckkammer 20 gegenüber dem Kolben 16 bzw. dem Gehäusedeckel 60.
Grundsätzlich ist in diesem Zusammenhang auch denkbar, eine reine Membranlösung ohne ein Zwischenstück bzw. Zwischenelement, d.h. den Membranring 46 zu realisieren. Die Membrandichtung 44 könnte dann beispielsweise durch den Gehäusedeckel 60 und das Gehäuse 12 gehalten werden, eine entsprechende Ausgestaltung und Formgebung von Gehäusedeckel 60 und Gehäuse 12 vorausgesetzt.
Die erste Druckkammer 20 ist ferner mit dem ersten Druckluftanschluss 54 verbunden, der wiederum mit einem in 1 nicht näher dargestellten Luftaufbereitungssystems eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, in Verbindung steht. Dadurch kann die erste Druckkammer 20 mit der von dem Luftaufbereitungssystem bereitgestellten Druckluft über den ersten Druckluftanschluss 54 versorgt werden.
Zur Erhöhung der Dichtwirkung des Überströmventils kann ferner auch das erste Ende 36 des Rohrabschnitts 14 beitragen, indem beispielsweise an dem ersten Ende 36 des Rohrabschnitts 14 alternativ oder zusätzlich zu der Membrandichtung 44 eine weitere Dichtung (z.B. durch eine Axialdichtung) und/oder eine Dichtkontur vorgesehen sind. Andere in diesem Zusammenhang ebenfalls geeignete Maßnahmen zur Verbesserung der Dichtwirkung Überströmventilsitzes sind ebenfalls vorstellbar. Darüber hinaus ist denkbar, dass die Membrandichtung 44 eine Topfmembrandichtung ist. Im Übrigen kann die Membrandichtung 44 auch als sogenannter Sombrero ausgestaltet sein oder mittels weiterer in diesem Zusammenhang vorteilhafter Formgebungen ausgeformt sein.
Alternativ oder zusätzlich zu den bisher aufgezeigten Befestigungsmöglichkeiten kann die Membrandichtung 44 ferner über den Zapfen 18 an der pneumatischen Wirkfläche 30 des Kolbens 16 befestigt sein.
Gemäß 1 ist der Zapfen 18 an dem Kolben 16 befestigt. Außerdem ist denkbar, dass der Zapfen 18 an dem Kolben 16 lösbar befestigt ist. Laut 1 ist der Kolben 16 mit dem Zapfen 18 durch eine Schraubverbindung verbunden. Genauso gut können der Kolben 16 und der Zapfen 18 über eine Klipsverbindung, Steckverbindung, Pressverbindung, Schweißverbindung (z.B. durch Ultraschall) oder über sonstige geeignete Verbindungselemente verbunden sein. Ferner erhebt sich der Zapfen 18 aus der ersten Druckkammer 20 zugewandten pneumatischen Wirkfläche 30 des Kolbens 16 und erstreckt sich wenigstens innerhalb des Rohrabschnitts 14.
Durch die einstückige Verbindung des Rohrabschnitts 14 mit dem Gehäuse 12 über den Steg 34 wird ein sehr einfacher struktureller Aufbau des Überströmventils 10 gewährleistet.
Gemäß 1 umfasst das Überströmventil 10 ferner ein in dem Gehäuse 12 befindliches Druckbegrenzungsventil 22. Das Druckbegrenzungsventil 22 umfasst eine zweite Druckkammer 24 und eine Kappe 26. In diesem Zusammenhang kann der Zapfen 18 und der Rohrabschnitt 14 als strukturelle Schnittstelle zwischen dem Druckbegrenzungsventil 22 und dem Überströmventil 10 angesehen werden. Die erste Druckkammer 20 und die zweite Druckkammer 24 sind demnach mittels des Rohrabschnitts 14 miteinander verbunden. Der Rohrabschnitt 14 weist im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders auf. Es können allerdings auch andere strukturellen Ausgestaltungsmöglichkeiten zwischen dem Überströmventil 10 und dem Druckbegrenzungsventil 22 vorgesehen sein.
Die Kappe 26 weist eine ringförmige Außenkontur 28 auf. Im Übrigen ist die Kappe 26 an einem dem Kolben 16 abgewandten zweiten Ende 32 des Zapfens 18 befestigt. Die Kappe 26 ist an dem zweiten Ende 32 des Zapfens 18 lösbar befestigt. Entsprechend der 1 ist die Kappe 26 mit dem Zapfen 18 durch eine Schraubverbindung verbunden. Genauso gut können die Kappe 26 und der Zapfen 18 über eine Klipsverbindung, Steckverbindung, Pressverbindung, Schweißverbindung (z.B. durch Ultraschall) oder über sonstige geeignete Verbindungselemente verbunden sein.
Der Zapfen 18 ragt im Übrigen über das zweite Ende 40 des Rohrabschnitts 14 hinaus. Dadurch ist gewährleistet, dass ein zweiter Ventilsitz 42, insbesondere ein Druckbegrenzungsventilsitz, mittels des dem Kolben 16 abgewandten zweiten Endes 40 des Rohrabschnitts 14 und der Kappe 26 ausgebildet ist. Der Druckbegrenzungsventilsitz ist ausgebildet, falls der Kolben 16 eine zweite Schaltstellung einnimmt. Die zweite Schaltstellung des Kolbens 16 liegt vor, sobald die ringförmige Außenkontur 28 der Kappe 26 und das zweite dem Kolben 16 abgewandte Ende des 40 Rohrabschnitts 14 in Berührung stehen.
Allerdings steht die Kappe 26 nicht unmittelbar über die pneumatische Wirkfläche ihrer ringförmigen Außenkontur 28 mit dem zweiten dem Kolben 16 abgewandten Ende des 40 Rohrabschnitts 14 in Berührung. Weiter kann also 1 entnommen werden, dass wenigstens an einer dem zweiten Ende 40 des Rohrabschnitts 14 zugewandten pneumatischen Wirkfläche der ringförmigen Außenkontur 28 der Kappe 26 eine zweite Axialdichtung 52 angebracht ist. Dabei kann die zweite Axialdichtung 52 an die ringförmige Außenkontur 28 der Kappe 26 aufgesteckt, aufgezogen, geschraubt, geklipst, geklebt und/oder aufvulkanisiert sein. Andere in diesem Zusammenhang ebenfalls denkbare Befestigungsmöglichkeiten zwischen zweiter Axialdichtung 52 und ringförmiger Außenkontur 28 sind ebenfalls denkbar. Im Übrigen ist aus 1 ersichtlich, dass die zweite Axialdichtung 52 im Wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Diese Formgebung ermöglicht ein einfaches Aufstecken der zweiten Axialdichtung 52 auf die ringförmige Außenkontur 28 der Kappe 26. Allerdings sind auch andere Formgebungen der zweiten Axialdichtung 52 (wie z.B. ein O-Ring oder ein Sombrero) denkbar. Zur Verbesserung der Dichtwirkung kann ferner auch das zweite Ende 40 des Rohrabschnitts 14 beitragen (vgl. hierzu oben die Verbesserung der Dichtwirkung des ersten Endes 36 des Rohrabschnitts14).
Die zweite Druckkammer ist ferner mit dem zweiten Druckluftanschluss (nicht in 1 dargestellt) verbunden, wodurch weiter ein oder mehrere nicht näher charakterisierte Druckluftkreise des Fahrzeugs, insbesondere des Nutzfahrzeugs, mit Druckluft versorgt werden können.
Des Weiteren ist 1 entnehmbar, dass der Rohrabschnitt 14 in die erste und in die zweite Druckkammer 24 hineinragt. Dieser Sachverhalt in Kombination mit der koaxialen Ausrichtung des Zapfens 18 bezogen auf den Rohrabschnitt 14 erlaubt daher einen sehr einfachen strukturellen Aufbau des Überströmventilsitzes und des Druckbegrenzungsventilsitzes.
Wie das Überströmventil 10 mit integriertem Druckbegrenzungsventil 22 auf von dem Luftaufbereitungssystem zugeführte Druckluft unterschiedlicher Drücke reagiert, soll nun im Folgenden näher erläutert werden.
Das Überströmventil 10 befindet sich zunächst in der ersten Schaltstellung, die bereits weiter oben näher erläutert worden ist. Übersteigt in der ersten Druckkammer 20 ab einem gewünschten und durch die Vorspannung der Feder 58 einstellbaren Druckwert die auf den Kolben 16 einwirkende Druckkraft die dazu entgegengesetzt gerichtete und ebenfalls auf den Kolben 16 einwirkende Federkraft, resultiert daraus eine axiale Bewegung des Kolbens 16 weg vom Überströmventilsitz. Das Überströmventil 10 öffnet sich. Durch den derart entstandenen Spalt zwischen dem ersten Ende 36 des Rohrabschnitts 14 und der pneumatischen Wirkfläche 30 des Kolbens 16 kann die Druckluft von der ersten Druckkammer 20 in den Rohrabschnitt 14 einströmen. Die Vorspannung der Feder 58 muss dabei durch die Einstellschraube 62 so eingestellt sein, das bei einem einstellbaren Druckbereich größer dem Öffnungsdruck des Überströmventils 10 ein Spalt zwischen der pneumatischen Wirkfläche der ringförmigen Außenkontur 28 der Kappe 26 und dem zweiten Ende 40 des Rohrabschnitts 14 existiert. Somit kann die Druckluft (bei geöffnetem Überströmventil 10) von dem Inneren des Rohrabschnitts 14 über den Spalt des Druckbegrenzungsventils 22 in die zweite Druckkammer 24 einströmen. Von dort aus strömt die Druckluft weiter stromabwärts über den zweiten Druckluftanschluss (nicht in 1 dargestellt) zu einem oder mehreren nicht näher charakterisierten Druckluftverbraucherkreisen des Fahrzeugs, insbesondere des Nutzfahrzeugs.
Der zuvor angesprochene Druckbereich in der ersten Druckkammer 20 größer dem Öffnungsdruck des Überströmventils 10 weist einen kritischen maximalen Druckwert auf, bei welchem der Kolben 16 und demzufolge auch die Kappe 26 soweit axial verschoben sind, dass die zweite Axialdichtung 52 das zweite Ende 40 des Rohrabschnitts 14 berührt und infolgedessen der Druckbegrenzungsventilsitz ausgebildet ist. Mit der Folge, dass ab einem gewissen kritischen maximalen Druckwert keine Druckluft mehr von der ersten Druckkammer 20 über den Rohrabschnitt 14 in die zweite Druckkammer 24 einströmen kann.
Demzufolge kann der aus dem zweiten Druckluftanschluss ausströmende Druck einerseits auf einen Maximalwert begrenzt werden. Andererseits ist es möglich, einen Druckbereich kleiner dem kritischen maximalen Druck einzustellen, innerhalb dessen Druckluft einem oder mehreren nicht näher spezifizierten Verbraucherkreisen des Fahrzeugs, insbesondere des Nutzfahrzeugs, zuführbar ist.
Demzufolge ist es vorteilhaft, dass ein Luftaufbereitungssystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, wenigstens ein Überströmventil 10 mit integriertem Druckbegrenzungsventil 22 aufweist.
Aufgrund der vorangegangenen Erläuterungen ist es außerdem vorteilhaft, dass ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, ein derartiges Luftaufbereitungssystem umfasst.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Überströmventils 10' mit integriertem Druckbegrenzungsventil 22 gemäß 1. Es weist ferner im Wesentlichen dieselben strukturellen und funktionalen Merkmale wie das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel des Überströmventils 10 mit integriertem Druckbegrenzungsventil 22 sowie dessen Vorteile auf. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel nicht wesentlich geänderte Bauteile sind mit demselben Bezugszeichen, wie in 1 dargestellt, versehen.
Lediglich der folgende funktionale Unterschied soll aufgezeigt werden:
2 ist zu entnehmen, dass der Zapfen 18' und der Kolben 16' einstückig verbunden sind.
Durch diese Maßnahme kann die Herstellung der Kolben 16' - Zapfen 18' - Baugruppe vereinfacht werden und wenigstens ein Montageschritt entfallen, wodurch beispielsweise die Herstellungs- und Montagekosten gesenkt werden können.
3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Überströmventils 10" mit integriertem Druckbegrenzungsventil 22 gemäß 1. Es weist ferner im Wesentlichen dieselben strukturellen und funktionalen Merkmale wie das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel des Überströmventils 10 mit integriertem Druckbegrenzungsventil 22 sowie dessen Vorteile auf. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel nicht wesentlich geänderte Bauteile sind ebenfalls mit denselben Bezugszeichen, wie in 1 dargestellt, versehen.
Lediglich folgende strukturelle und funktionale Unterschiede sollen aufgezeigt werden:
Entsprechend 3 ist zu erkennen, dass an der Mantelfläche des Kolbens 16" wenigstens eine Radialdichtung 48" angebracht ist. Dadurch kann auf den Membranring 46, 46' gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel verzichtet werden, was zu weniger Bauteilen und somit zu Kostenvorteilen führt. Außerdem können die Öffnungs- und Schließdrücke des Überströmventils 10" leichter eingestellt werden. Die Aufgabe der Radialdichtung 48" besteht ferner darin, die erste Druckkammer 20 und den Kolben 16" bzw. den Gehäusedeckel 60 gegenseitig abzudichten. Die Radialdichtung 48" kann in Form eines O-Rings und/oder eines Airzet-Rings ausgestaltet sein. Allerdings sind auch andere Radialdichtkonzepte in diesem Zusammenhang denkbar.
Des Weiteren ist an der zur ersten Druckkammer 20 zugewandten pneumatischen Wirkfläche 30 des Kolbens 16" wenigstens eine erste Axialdichtung 50" angebracht. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Membrandichtung 44 zur Verbesserung der Dichtwirkung des Überströmventilsitzes fehlt, ist deshalb die erste Axialdichtung vorgesehen. Bezüglich der Art und Weise, wie die erste Axialdichtung 50" an der entsprechende pneumatische Wirkfläche 30 des Kolbens 16" angebracht ist, wird auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der ersten Axialdichtung 50" um eine Ringdichtung. Andere ebenso geeignete Dichtkonzepte wie beispielsweise ein O-Ring sind ebenfalls denkbar.
Da sich über die Lebensdauer des Überströmventils 10" hinweg die Öffnungs- und Schließdrücke weniger stark ändern als die des Überströmventils 10, 10' gemäß des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels, kann die Toleranz der Öffnungs- und Schließdrücke enger gehalten werden.
4 zeigt die erste (geschlossene) Schaltstellung des Kolbens 16" des dritten Ausführungsbeispiels des Überströmventils 10" mit integriertem Druckbegrenzungsventil 22, wobei der Zapfen 18 und das Druckbegrenzungsventil 22 in 4 nicht dargestellt sind.
5 zeigt die zweite (geöffnete) Schaltstellung des Kolbens 16" gemäß drittem Ausführungsbeispiel des Überströmventils 10" mit integriertem Druckbegrenzungsventil 22, wobei der Zapfen 18 und das Druckbegrenzungsventil 22 in 4 nicht dargestellt sind.
Bezugszeichenliste

10: Überströmventil
12: Gehäuse
14: Rohrabschnitt
16: Kolben
18: Zapfen
20: Erste Druckkammer
22: Druckbegrenzungsventil
24: Zweite Druckkammer
26: Kappe
28: Ringförmige Außenkontur der Kappe
30: Pneumatische Wirkfläche des Kolbens
32: Zweites Ende des Zapfens
34: Steg
36: Erstes Ende des Rohrabschnitts
38: Erster Ventilsitz (Überströmventilsitz)
40: Zweites Ende des Rohrabschnitts
42: Zweiter Ventilsitz (Druckbegrenzungsventilsitz)
44: Membrandichtung
46: Membranring
52: Zweite Axialdichtung
54: Erster Druckluftaschanschluss
56: Federteller
58: Feder
60: Gehäusedeckel
62: Einstellschraube
10': Überströmventil
16': Kolben
18': Zapfen
10": Überströmventil
16": Kolben
30": Pneumatische Wirkfläche des Kolbens
48": Radialdichtung
50": Erste Axialdichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2833788 B1 [0007]
DE 4114977 A1 [0007]
DE 10220789 A1 [0007]
DE 19700243 C1 [0007]
DE 102005018889 A1 [0007]
DE 102012014733 A1 [0007]
DE 19626454 A1 [0008]
DE 102008053994 A1 [0009]
DE 102013003405 A1 [0010]
EP 1595764 A1 [0011]
WO 2010/069426 A1 [0012]

Claims

Überströmventil (10, 10', 10") für ein Luftaufbereitungssystem eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, mit wenigstens einem Gehäuse (12), das wenigstens ein im Gehäuseinneren befindlichen Rohrabschnitt (14) umfasst, mit wenigstens einem Kolben (16, 16', 16"), der wenigstens einen Zapfen (18, 18') aufweist, und mit wenigstens einer ersten Druckkammer (20), wobei das Überströmventil (10, 10', 10") ferner wenigstens ein in dem Gehäuse (12) befindliches Druckbegrenzungsventil (22) umfasst, das wenigstens eine zweite Druckkammer (24) und wenigstens eine Kappe (26) mit einer ringförmigen Außenkontur (28) aufweist, wobei sich der Zapfen (18, 18') aus einer der ersten Druckkammer (20) zugewandten pneumatischen Wirkfläche (30) des Kolbens (16, 16', 16") erhebt und sich wenigstens innerhalb des Rohrabschnitts (14) erstreckt, wobei die Kappe (26) an einem dem Kolben (16, 16', 16") abgewandten zweiten Ende (32) des Zapfens (18, 18') befestigt ist, wobei die erste Druckkammer (20) und die zweite Druckkammer (24) mittels des Rohrabschnitts (14) miteinander verbunden sind, und wobei der Rohrabschnitt (14) über einen Steg (34) mit dem Gehäuse (12) einstückig verbunden ist.
Überströmventil (10, 10', 10") nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (14) im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweist.
Überströmventil (10, 10', 10") nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einem dem Kolben (16, 16', 16") zugewandten ersten Ende (36) des Rohrabschnitts (14) und dem Kolben (16, 16', 16") ein erster Ventilsitz (38), insbesondere ein Überströmventilsitz, ausgebildet ist, falls der Kolben (16, 16', 16") eine erste Schaltstellung einnimmt.
Überströmventil (10, 10', 10") nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einem dem Kolben (16, 16', 16") abgewandten zweiten Ende (40) des Rohrabschnitts (14) und der Kappe (26) ein zweiter Ventilsitz (42), insbesondere ein Druckbegrenzungsventilsitz, ausgebildet ist, falls der Kolben (16, 16', 16") eine zweite Schaltstellung einnimmt.
Überströmventil (10, 10', 10") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überströmventil (10, 10', 10") wenigstens eine Membrandichtung (44) aufweist.
Überströmventil (10, 10', 10") nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens an der zur ersten Druckkammer (20) zugewandten pneumatischen Wirkfläche (30) des Kolbens (16, 16', 16") die Membrandichtung (44) befestigt ist, die mittels eines Membranrings (46) an dem Gehäuse (12) befestigt ist.
Überströmventil (10, 10', 10") nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrandichtung (44) eine Topfmembrandichtung ist.
Überströmventil (10, 10', 10") nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Mantelfläche des Kolbens (16, 16', 16") wenigstens eine Radialdichtung (48") angebracht ist.
Überströmventil (10, 10', 10") nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der zur ersten Druckkammer (20) zugewandten pneumatischen Wirkfläche (30) des Kolbens (16, 16', 16") wenigstens eine erste Axialdichtung (50") angebracht ist.
Überströmventil (10, 10', 10") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (18, 18') an dem Kolben (16, 16', 16") lösbar befestigt ist, insbesondere mittels einer Schraubverbindung, einer Klipsverbindung, einer Steckverbindung oder dergleichen.
Überströmventil (10, 10', 10") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (18, 18') und der Kolben (16, 16', 16") einstückig verbunden sind.
Überströmventil (10, 10', 10") nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens an einer dem zweiten Ende (40) des Rohrabschnitts (14) zugewandten pneumatischen Wirkfläche der ringförmigen Außenkontur (28) der Kappe (26) eine zweite Axialdichtung (52) angebracht ist.
Überströmventil (10, 10', 10") nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Axialdichtung (52) im Wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt aufweist.
Luftaufbereitungssystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit wenigstens einem Überströmventil (10, 10', 10") nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit wenigstens einem Luftaufbereitungssystem nach Anspruch 14.