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Kraftabhängig gesteuertes Regelventil, insbesondere Bremsventil Die
Erfindung betrifft ein kraftabhängig gesteuertes Regelventil, wie es beispielsweise
in Lastzug-Bremsventilen zur Steuerung des Bremsdruckes im Motorwagen verwendet
wird.
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Kraftabhängig gesteuerte Regelventile benötigen einen Steuerkolben
von solcher Größe, daß bei einer genügend kleinen, der erforderlichen Ansprechempfindlichkeit
des Ventils entsprechenden Druckstufe die Druckdifferenz zwischen beiden Kolbenseiten
eine ausreichende Kraftänderung auf den Kolben zur Folge hat, die die Reibung zwischen
dem Kolben und seiner Gleitbahn überwindet, so daß eine Verstellung der Steuerventile
ausgeführt wird. Es ist also nötig, die Steuerkolben so auszubilden, daß die den
Beginn der Bewegung dieser Teile hemmenden Kräfte möglichst klein gehalten werden.
Wenn zur Erfüllung der gestellten Bedingungen die Kolben groß ausgeführt werden
müssen, setzen die infolgedessen notwendigen stärkeren Federn des Ventils seine
Empfindlichkeit wieder herab.
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Der Steuerkolben bekannter kraftabhängig gesteuerter Ventile führt
während des Steuervorganges eine stufenweise hin- und hergehende Bewegung aus. Bei
jeder Umkehr der Bewegungsrichtung tritt zwischen dem Steuerkolben und seiner Gleitbahn
ein Stillstand ein. Bekanntlich ist der Reibungswiderstand zwischen zwei Körpern
stets dann besonders groß, wenn die Relativbewegung aus dem Zustand der Ruhe heraus
beginnt. Durch die Umkehr der Bewegungsrichtung wird weiterhin eine Änderung des
Deformationszustandes der elastischen Dichtung zwischen dem Steuerkolben und seiner
Gleitbahn hervorgerufen, die ebenfalls die der beginnenden Bewegung entgegenwirkenden
Kräfte vergrößert. Bei der Einsteuerung jeder Druckstufe muß daher eine verhältnismäßig
große Anfangskraft auf den Steuerkolben aufgebracht werden, um die durch den Zustand
der Ruhe und durch die Änderung der Bewegungsrichtung wirkenden Widerstände zu überwinden.
Bei den bekannten kraftabhängig gesteuerten Ventilen steigt mit stetig steigender
Betätigungskraft der vom Abstufungskolben gesteuerte Druck nicht stetig, sondern
stufenweise an.
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Aufgabe der Erfindung ist es, kraftabhängig gesteuerte Regelventile,
insbesondere Bremsventile, so auszubilden, daß bei stetiger Kraftänderung am Betätigungsorgan
der Steuerkolben sich stets in derselben Richtung bewegt.
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Diese Wirkung wird dadurch erreicht, daß die die wirksame Fläche des
Steuerkolbens begrenzende Dichtung allein mit dem Führungsglied - also nicht mit
dem Ventilgehäuse - Berührung hat, so daß bei stetiger Kraftänderung an der Betätigung
der Steuerkolben sich relativ zum Führungsglied stets in derselben Richtung bewegt.
Die Erfindung geht aus von den bekannten kraftabhängig gesteuerten Regelventilen,
insbesondere Bremsventilen, bei denen in einem mit der Betätigung verbundenen Führungsglied
ein das Ein- und Auslaßventil betätigender Steuerkolben angeordnet ist, wobei das
Führungsglied über eine Feder auf den Steuerkolben einwirkt und der Steuerkolben
auf einer Seite vom Arbeitszylinderdruck beaufschlagt wird. Bei diesen bekannten
Regelventilen tritt bei der Einsteuerung jeder Druckstufe wegen der Umkehr der Bewegungsrichtung
ein Stillstand zwischen dem Steuerkolben und seiner Gleitbahn ein, und zwar infolge
der Anordnung von Bremsbacken und der Anbringung einer Dichtung zwischen dem Steuerkolben
und dem Ventilgehäuse. Die durch die Erfindung erreichte Wirkung wird demnach bei
dem bekannten Regelventil nicht erreicht.
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Zum Stande der Technik gehört auch ein Bremsventil, dessen an der
Zugstange angebrachter Kolben nur mit der ihn umgebenden Hülse in Reibungsverbindung
steht, nicht aber mit dem Ventilgehäuse. Bei diesem bekannten Bremsventil bewegt
sich jedoch die Hülse bei stetiger Kraftänderung am Betätigungshebel nicht in stets
derselben Richtung.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt ein Trittplatten-Lastzug-Bremsventil mit kraftabhängig
gesteuertem Bremsventil für die Motorwagenbremst F.ig. 2 zeigt an Hand eines Diagramms
in vereinfachter Form di,e Bewegungsverhältnisse der wesentlichen Ventilteile.
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Der Führungskolben 1 ist in der Bohrung 2 des Ventilgehäuses 3 gelagert.
Die Dichtung 4 des Führungskolbens 1 schließt die Kammer 5 unterhalb des Führungskolbens
1 von der freien Atmosphäre ab.
Der Steuerkolben 6 ist nicht unmittelbar
im Ventilgehäuse 2 geführt, sondern gleitet koaxial in der zylindrischen Bohrung
7 des Führungskolbens 1. Zur Abdichtung zwischen beiden Teilen dient die Dichtung
8. Als Dichtungen werden an beiden Kolben beispielsweise Gummi-Rundschnurringe,
sogenannte O-Ringe, verwendet. Zwischen dem Steuerkolben 6 und dem Führungskolben
1 ist die Feder 9 angeordnet. Die Feder 10 drückt den Steuerkolben nach oben gegen
die Feder 9, so daß bei nicht betätigtem Ventil die bei 18 angeschlossenen Motorwagen-Bremszylinder
über das geöffnete Auslaßventil 13, 14 entlüftet sind.
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Es sei nun angenommen, es werde auf die Trittplatte 11 eine stetig
anwachsende Betätigungskraft ausgeübt. Diese Kraft bewirkt zunächst über die Druckstange
12, daß sich der Führungskolben 1 nach unten bewegt. Die Federn 10 und 9 werden
zusammengedrückt und das Einlaßventil 13, 15 geöffnet; anschließend beginnt der
Steuerkolben 6 eine Bewegung nach oben relativ zum Führungskolben 1, die jedoch
wegen der beiden Federdeformationen langsamer vor sich geht als die Bewegung des
Führungskolbens 1 innerhalb des Gehäuses nach unten. Die Haftreibung an den Dichtungsgliedern
4 und 8 beider Kolben wird in dieser ersten Phase der Abwärtsbewegung des Führungskolbens
1 überwunden.
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Gegen die geringe Spannung der Feder 10 schließt der Steuerkolben
6 das Auslußventil 13, 14 und öffnet dann das Einlaßventil 13, 15 gegen die Spannung
der Feder 16. Die aus einem Luftbehälter über den Anschluß 17, das geöffnete Einlaßventil
13, 15 und den Anschluß 18 in die Bremszylinder eingesteuerte Druckluft wirkt in
der Kammer 5 auch auf die Unterseite des Steuerkolbens 6 und auf die schmale kreisförmige
Teilfläche des Führungskolbens 1. Die auf die Teilfläche des Führungskolbens 1 vorhandene
Kraftwirkung des eingesteuerten Druckes ist wegen der verhältnismäßig geringen Größe
der beaufschlagten Fläche unbedeutend für das Kräftespiel an den Steuerorganen;
sie erzeugt nur einen Reaktionsdruck auf den Fußhebel 11 und ist ohne Einfluß auf
die Relativbewegung von Führungs- und Steuerkolben.
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Die Wirkung des Druckes auf die Unterseite des Steuerkolbens 6 hat
zur Folge, daß der Steuerkolben unter verstärkter Zusammendrückung der Feder 9 sich
nun mit größerer Geschwindigkeit relativ zu dem Führungskolben 1 nach oben bewegt.
Diese Geschwindigkeit ist größer als die, mit der der Führungskolben infolge der
anwachsenden Betätigungskraft Herabgeht. Das Einlaßventil 13, 15 schließt sich demzufolge
wieder.
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Die Richtung der Bewegung an den beiden Dichtungen 4 und 8 bleibt
während dieses Steuervorganges aufrechterhalten. Während der stetigen Zunahme der
Betätigungskraft tritt der Zustand der Ruhe an den Dichtungen nicht ein, so daß
mit Ausnahme der ersten Phase des Steuervorganges Haftreibung nicht zu überwinden
ist. Erst wenn die Betätigungskraft eine gewollte Größe erreicht hat und diese erhalten
bleibt und wenn der dieser Kraft entsprechende Druck von dem Ventil in die Bremszylinder
eingesteuert ist, stellt sich der Zustand der Ruhe an den Dichtungen ein.
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Beim Lösen der Bremsen, also bei stetig kleiner werdender Betätigungskraft
an der Trittplatte 11, spielen sich die entsprechenden Vorgänge zur Steuerung des
Auslaßventils 13, 14 in umgekehrter Richtung ab.
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In dem Diagramm Fig. 2 sind die Bewegungen der wesentlichen Steuerteile
des Ventils in vereinfachter, idealisierter Form dargestellt. Auf der Abszisse sind
zwei Werte A und B der Betätigungskraft am Fußhebel 11, auf der Ordinate die Wege
der Steuerteile aufgetragen. Durch die gezeichneten Kurven wird wiedergegeben, welche
Wege die Steuerteile zurücklegen, wenn die Kraft an der Betätigung vom Wert A bis
zum Wert ß stetig ansteigt. Die Kurve FK gibt den Weg des Führungskolbens 1 wieder.
StKre1 ist die Kurve des Weges, den der Steuerkolben 6 relativ zum Führungskolben
1 zurücklegt. Die resultierende Kurve EV zeigt den Öffnungshub des Einlaßventils
13, 15.
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Das neue Bremsventil eignet sich sowohl für pneumatische als auch
für hydraulische Druckmittel.