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Zweikreisbremsventil zum Steuern zweier Drucksysteme einer Druckluftbremsanlage,
insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft ein Zweikreisbremsventil
zum Steuern zweier Drucksysteme einer Druckluftbremsanlage, insbesondere für Autobusse,
Lastkraftwagen und Zugfahrzeuge mit Anhängern, bei dem das vom einen Ventil gesteuerte
Druckluftsystem durch mit dem anderen Druckluftsystem in Verbindung stehende Räume
des Ventilgehäuses nach der Atmosphäre hin entlüftet werden kann, und mit einem
auf den Ventilkörper des erstgenannten Ventils einwirkenden Betätigungskolben, der
eine zum Entlüften dienende Bohrung aufweist, ein Rückschlagventil verbunden ist,
welches ein Ausströmen von Druckluft des anderen Druckluftsystems nach dem von dem
erstgenannten Ventil gesteuerten Druckluftsystem hin verhindert.
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Für die praktische Brauchbarkeit solcher Bremsventile ist wichtig,
daß sie möglichst einfach und zuverlässig wirkend gestaltet sind. Von ihrer richtigen
Funktion hängt in großem Maße die Verkehrssicherheit des mit dem Bremsventil ausgerüsteten
Fahrzeuges ab. Sollten etwa einzelne wesentliche Teile des Ventils durch Hängenbleiben
od. dgl. ausfallen, so kann dadurch unter Umständen das ganze Bremssystem unwirksam
werden. Es ist deshalb verständlich, wenn allgemein angestrebt wird, den Aufbau
solcher Ventile unter gleichzeitiger Beibehaltung einer bestmöglichen Funktion so
einfach wie irgendmöglich zu gestalten.
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Es sind bereits progressiv arbeitende Zweikreisbremsventile der eingangs
genannten Art bekanntgeworden, bei denen im Fall der Störung eines Kreises der andere
Kreis nicht beeinträchtigt wird, so daß beim Ausfallen der einen - beispielsweise
vorderen-Radzylinder die anderen (hinteren) Radzylinder im Sinn einer Bremsung der
Hinterräder weiterhin arbeiten können. Um diese unabhängige Wirksamkeit erreichen
zu können, hat man den Betätigungskolben des dem einen Druckluftsystem zugeordneten
Ventils (durch den hindurch die beiden Druckluftsysteme beim Lösen der Bremsen miteinander
in Verbindung gebracht werden können) mit einem besonderen Rückschlagventil versehen,
durch welches im Fall einer Störung im zugehörigen Druckluftsystem ein Abströmen
von Luft aus dem anderen Druckluftsystem nach dem gestörten System hin ver- 4 hindert
werden soll. Abgesehen davon, daß der Aufbau des ganzen Bremsventils durch die Anordnung
des zusätzlichen Rückschlagventils verkompliziert und verteuert ist, ist noch nachteilig,
daß die einwandfreie Funktion des Bremsventils im vorgenannten Störungs- 5 fall
des einen Druckluftsystems an die einwandfreie sichere Funktion dieses Rückschlagventils
gebunden ist. Sollte es je in seiner geöffneten Stellung hängenbleiben, so fällt
bei einer vorgenannten Störung sogleich das ganze Bremsventil aus; bleibt es dagegen
in seiner geschlossenen Stellung hängen, so können die Bremsen des zugehörigen Druckluftsystems
nicht mehr gelöst werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel
zu beheben und dabei zugleich den Aufbau des ganzen Ventils zu vereinfachen und
zu verbilligen.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Betätigungskolben des eingangs erstgenannten Ventils des Zweikreisbremsventils selbst
als Ventilkörper des Rückschlagventils dient, indem er bereits in der Ruhestellung
des Bremsventils mit geringer Kraft nachgiebig federnd auf den Ventilkörper des
erstgenannten Ventils gedrückt wird.
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Fällt bei einem derart gestalteten Zweikreisbremsventil das Druckluftsystem
des vorstehend erstgenannten Ventils aus, so bleibt eine Verbindung vom anderen
Druckluftsystem zum gestörten Druckluftsystem stets schon durch den genannten Betätigungskolben
selbst ausgeschlossen, obgleich kein besonderes Rückschlagventil vorhanden ist.
Durch den Wegfall des besonderen Rückschlagventils sind Störungsgefahren, die etwa
durch ein Hängenbleiben des besonderen Rückschlagventils entstehen könnten, vermieden
und ist überdies auch der ganze Aufbau des Bremsventils vereinfacht und in der Herstellung
verbilligt.
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In der Zeichnung, die ein Zweikreisbremsventil in einem Längsschnitt
zeigt, ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
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Das dargestellte Bremsventil ist aus drei Gehäuseteilen
1, 2 und 3 zusammengesetzt, deren beide Trennebenen in Betätigungsrichtung
der im Gehäuse eingeschlossenen,
nachstehend noch näher beschriebenen
Ventile hintereinander und zugleich quer zur Betätigungsrichtung liegen und außerdem
je eine das Innere des Gehäuses unterteilende Membran 4 bzw. 5 von gleicher
wirksamer Fläche aufnehmen, die zwischen den dortigen Verbindungsflanschen der Gehäuseteile
1, 2 bzw. 2, 3 eingespannt sind.
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Innerhalb des Gehäuseteils 1 ist ein Betätigungskolben
6 in Betätigungsrichtung des (nicht dargestellten) Bremsgestänges verschiebbar
gelagert, der die dem Bremsgestänge zugekehrte Membran 4 in einer mittleren
Ausnehmung (gemäß der Zeichnung) nach unten durchsetzt und eine axiale Bohrung 7
aufweist, die unterhalb der Membran 4 an der Stelle eines dort vom Kolben
gebildeten Ventilsitzes 8 ausmündet. Die Membran 4 ist mit dem Kolben
6 in irgendeiner bekannten (nicht gezeigten) Weise dicht verbunden.
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Der Kolben 6 wird in seiner dargestellten Lage durch eine am
mittleren Gehäuseteil 2 abgestützte Schraubenfeder 9 gehalten, die den Ventilsitz
8 umgibt und an der Unterseite des Kolbens anliegt. An der Oberseite des
Kolbens 6 liegt eine kräftig gehaltene weitere Schraubenfeder 10 an,
die zur Übertragung der vom Bremsgestänge übermittelten Bremsbetätigungskraft auf
den Kolben 6 dient. Die in ihrer entspannten Stellung dargestellte Feder
10 trägt einen Federteller 11, der durch einen entsprechenden inneren
Bund des oberen Gehäuseteils 1 im Ventilgehäuse zurückgehalten ist und zugleich
zur Abstützung der (nicht dargestellten) Betätigungsmittel des Bremsgestänges dient.
Der -Federteller 11 ist ebenfalls im Gehäuseteil 1 in Betätigungsrichtung
verschiebbar gelagert und wirkt mit den übrigen Teilen des Ventils in einer nachstehend
noch näher beschriebenen Weise zusammen.
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Der Gehäuseteil 2 weist eine das Innere des Ventils zwischen
den beiden Membranen 4 und 5 parallel zu diesen durchsetzende Querwand auf,
in der unterhalb des Ventilsitzes 8 eine mittlere Kammer 12 angeordnet ist.
Diese Kammer 12 steht mit einer Eintrittsöffnung 14 in Verbindung,
die außerdem in nicht besonders dargestellter Weise mit dem Luftbehälter des ersten
Kreises in Verbindung steht. Weiterhin befindet sich in der Kammer 12 eine Schraubenfeder
15, die unten am Boden der Kammer abgestützt ist und oben einen Ventilkörper
16 trägt, der durch die Feder gegen einen darüber befindlichen Ventilsitz
17
gedrückt wird, der sich entlang dem inneren Rand eines inneren Bundes an
der oberen Kammeröffnung befindet. Die obere Öffnung der Kammer 12 ist dabei so
groß, daß der Kolben 6 mit seinem unteren Ventilsitz 8 in die Öffnung von
oben hineinragen kann.
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Unterhalb der Kammer 12 ist im Gehäuseteil 2 ein weiterer Kolben
18 gelagert, der etwa gleiche Abmessungen wie der Kolben 6 besitzt
und ebenfalls in Betätigungsrichtung des Ventils verschiebbar ist. Dieser Kolben
18 durchsetzt die Membran 5 in einer mittleren Öffnung nach unten und weist
dort um eine axiale Bohrung 19 herum einen Ventilsitz 20 auf. Auch
die Verbindung zwischen dem Kolben 18 und der Membran 5 ist luftdicht, wobei
sich jedoch der Kolben 18 aus der Membran 5 in nicht besonders dargestellter
Weise ausbauen läßt.
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Der Kolben 18 ragt mit seinem unteren Ventilsitz
20 in eine innerhalb der unteren Abschlußwand des Gehäuseteils 3 befindliche
Kammer 21 hinein, die -ähnlich der genannten Kammer 12 - über eine Eintrittsöffnung
22 und eine (nicht dargestellte) Druck-Leitung an den Luftbehälter des zweiten
Kreises angeschlossen ist. Auch in der Kammer 21 befindet sich eine Schraubenfeder
23, die von einer die Abschlußwand in einer zugehörigen Gewindebohrung nach
außen durchsetzenden Einstellschraube 24 her über einen auf der Einstellschraube
innerhalb der Kammer 21 abgestützten Federteller 25 in ihrer Vorspannung
eingestellt werden kann und einen auf ihr befindlichen Ventilkörper 26 gegen einen
Ventilsitz 27 drückt, der sich entlang dem inneren Rand eines an der oberen
Kammeröffnung befindlichen inneren Bundes des Gehäuseteils 3 befindet. Auch die
obere öffnung der Kammer 21 ist so groß bemessen, daß der Kolben
18 mit seinem unteren Ventilsitz 20 durch die Öffnung hindurch bis
auf die Oberseite des Ventilkörpers 26 gelangen kann. Dabei befindet sich
über dem Kolben 18 eine an der Unterseite des Bodens der Kammer
12 abgestützte Schraubenfeder 28, die den Kolben 18 bei nicht
betätigtem Ventil nach unten bis zur Anlage seines Ventilsitzes 20 am Ventilkörper
26 verschiebt.
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Die im Gehäuseteil 2 befindliche Querwand ist um die mittlere Kammer
12 herum in bekannter Weise mit einigen - vorzugsweise drei - in Betätigungsrichtung
des Ventils verlaufenden und von je einem Kupplungsstift 29 durchsetzten
Bohrungen versehen, wobei die Länge der Kupplungsstifte kürzer ,ist als der Abstand
der beiden Kolben 6 und 18 bei gleichen Ventilstellungen, jedoch länger als
der Abstand dieser Kolben bei nicht betätigtem, dem Bremsgestänge abgelegenen Ventil
und betätigtem anderen Ventil.
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Der Federteller 11 ist in Betätigungsrichtung des Ventils noch
von einer Entlüftungsöffnung 30 durchsetzt, die in den zwischen dem Kolben
6 und dem Federteller 11 befindlichen Raum 31 einmündet.
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Durch die beschriebenen Teile wird das Innere des beschriebenen Ventils
außerdem noch in fünf weitere Räume 32 bis 36 aufgeteilt, von denen der seinerseits
über eine Entlüftungsöffnung 37 mit der Atmosphäre verbundene Raum
32 oberhalb und der Raum 33 unterhalb der oberen Membran 4 sowie der Raum 34 zwischen
dem Kolben 18 und der darüber befindlichen Kammer 12 liegt. Die restlichen
beiden Räume 35 und 36 befinden sich jeweils oberhalb und unterhalb der unteren
Membran 5.
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Der unter der oberen Membran 4 befindliche Raum 33 steht mit
dem über dem Kolben 18 befindlichen Raum 34 und mit dem oberhalb der unteren
Membran 5 befindlichen Raum 35 durch weitere, die Querwand des Gehäuseteils 2 in
Betätigungsrichtung durchsetzende Bohrungen 38 in Verbindung, wobei das zwischen
dem Kolben 18 und seiner Führung im Gehäuseteil e befindliche Spiel für die Verbindung
nach dem Raum 35 hin im allgemeinen ausreicht. Es könnten jedoch auch noch besondere
(nicht dargestellte) Längsnuten vorgesehen sein, um eine noch bessere Verbindung
herzustellen.
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Von den genannten Räumen 32 bis 36 ist der Raum 33 unterhalb
der oberen Membran 4 außerdem noch über einen Austrittsstutzen
39 und eine (nicht dargestellte) Druckleitung mit den Radzylindern des ersten
Kreises verbunden, während der unter der Membran 5 befindliche Raum 36 über einen
Austrittsstutzen 40
und eine (ebenfalls nicht dargestellte) Druckleitung mit
den Radzylindern des zweiten Kreises in Verbindung steht.
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Das beschriebene Zweikreisbremsventil arbeitet folgendermaßen:
In
der dargestellten Stellung des Bremsventils, bei welcher das Bremsgestänge nicht
betätigt ist, sind die Radzylinder des ersten Kreises über den Raum 33, den über
dem Ventilkörper 16 und unter dem Ventilsitz 8 befindlichen Spalt und die axiale
Bohrung 7 des Kolbens 6 und durch den Raum 31 und die Entlüftungsöffnung 30 hindurch
mit der Atmosphäre verbunden. Desgleichen sind die Radzylinder des zweiten Kreises
an den - in der beschriebenen Weise entlüfteten - Raum 33 angeschlossen, solange
im Raum 36 Überdruck besteht, weil der Kolben 18 bei Überdruck über die Membran
5 gegen die Kraft der nur schwach dimensionierten Feder 28 angehoben wird und dadurch
der Raum 36 über den dabei zwischen dem Ventilkörper 26 und dem Ventilsitz 20 entstehenden
Spalt und die axiale Bohrung 19 des Kolbens 18 mit dem über dem Kolben 18 befindlichen
Raum 34 in Verbindung steht, der seinerseits über die Bohrungen 38 an den Raum 33
angeschlossen ist. Der nach dem Aufsitzen des Ventilsitzes 20 auf dem Ventilkörper
26 im Raum 36 - und damit in den Radzylindern des zweiten Kreises - verbleibende
Restdruck beträgt infolge der schwachen Dimensionierung der Feder 28 lediglich etwa
0,05 kg/cm= und kann vernachlässigt werden, weil er zu einer Bremsbetätigung nicht
ausreicht.
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Betätigt der Lenker des mit dem beschriebenen Zweikreisbremsventil
und einem entsprechenden Druckluft-Bremssystem versehenen Fahrzeuges das Bremspedal,
so wird dadurch der Federteller 11 und - über die kräftige Schraubenfeder
10 - auch der Kolben 6 in Pfeilrichtung nach unten bewegt, wodurch der Kolben 6
mit seinem Ventilsitz 8 zunächst auf den Ventilkörper 16 auftrifft und dadurch die
Entlüftung des Raumes 33 nach der Atmosphäre hin unterbricht. Wird das Bremspedal
weiter betätigt, so wird der Ventilkörper 16 entgegen der Kraft der Feder 15 in
die Kammer 12 hinein verschoben, wodurch nunmehr Druckluft vom Luftbehälter des
ersten Kreises durch die Eintrittsöffnung 14 und die Kammer 12 hindurch in den Raum
33 und durch den Austrittsstutzen 39 hindurch bis zu den Radzylindern des ersten
Kreises gelangen kann. Durch den Druckanstieg im Raum 33 wird über die Membran 4
zugleich der Kolben 6 im Sinn einer Zusammendrükkung der Feder 10 so weit nach oben
bewegt, bis die Feder dem Druck das Gleichgewicht hält. Je nach dem ausgeführten
Betätigungsweg des Bremspedals bzw. Federtellers 11 und dem Druck der aus
dem Luftbehälter des ersten Kreises zuströmenden Luft hebt sich dabei der Kolben
6 mit seinem Ventilsitz 8 gegebenenfalls wieder vom Ventilkörper 16 ab, der sich
damit von neuem gegen den Ventilsitz 17 der Kammer 12 anlegt und den weiteren Zutritt
von Druckluft vom Luftbehälter zum Raum 33 absperrt. Bei dem Abheben des Ventilsitzes
8 vom Ventilkörper 16 kann jedoch nur so viel Druckluft entweichen, bis auch der
Ventilsitz 8 am Ventilkörper 16 anliegt, so daß sich im Raum 33 schließlich ein
der Spannkraft der Feder 10 genau proportionaler Luftdruck einstellt.
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Die Drucksteigerung im Raum 33 überträgt sich über die Bohrungen 38
auch auf die Räume 34 und 35, wodurch die Membran 5 und der Kolben 18 nach
unten ausgelenkt bzw. bewegt werden. Dabei wird durch den Kolben 18 der Ventilkörper
26 von seinem Ventilsitz 27 entgegen der Kraft der Feder 23 nach unten abgehoben,
wodurch Druckluft aus dem Luftbehälter des zweiten Kreises durch die Eintrittsöffnung
22 und die Kammer 21 in den unter der Membran 5 befindlichen Raum 36 und von dort
zu den Radzylindern des zweiten Kreises gelangen kann. Dabei entspricht einer Vergrößerung
des Betätigungsweges des Bremspedals - und damit einer entsprechenden Vergrößerung
der übeir die Feder 10 auf den Kolben 6 wirkenden Kraft - mit einer Druckerhöhung
im Raum 33 zugleich eine Drucksteigerung im Raum 36.
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Mittels der Einstellschraube 24 kann der öffnungsdruck eingestellt
werden, der die Größe desjenigen Druckes im Raum 33 (des ersten Kreises) bestimmt,
bei welchem der Kolben 18 den Ventilkörper entgegen der Kraft der Feder 23 von seinem
Ventilsitz 27 des Gehäuseteils 3 nach unten abhebt und somit der Druck im Raum 36
(des zweiten Kreises) ebenfalls anzusteigen beginnt. Die Einstellschraube 24 ermöglicht
also, wie es in den meisten Fällen erwünscht ist, die Einstellung eines bestimmten
Zeitverzuges zwischen dem Ansprechen des ersten Kreises und dem Ansprechen des zweiten
Kreises und damit zugleich die Einstellung eines entsprechenden Druckvorsprunges
des ersten Kreises gegenüber dem zweiten Kreis.
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Wird das Bremspedal wieder freigegeben und bewegt sich der Federteller
11 entgegen der Pfeilrichtung nach seinem äußeren Anschlag am Gehäuseteil 1 des
Ventils hin, so bewirkt der im Raum 33 befindliche Luftdruck eine Aufwärtsbewegung
des Kolbens 6 und der Membran 4, wodurch sich der Ventilsitz 8 vom Ventilkörper
16 nach oben abhebt und der Raum 33 durch die Bohrung 7, den Raum 31 und die Entlüftungsöffnung
30 hindurch mit der Atmosphäre verbunden wird.
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Mit dem Druckabfall im Raum 33 ist ein gleicher Druckabfall in den
Räumen 34 und 35 verbunden, wodurch auch der Kolben 18 und die Membran 5 infolge
des im Raum 36 befindlichen Überdruckes nach oben bewegt werden. Dadurch hebt sich
der Ventilsitz 20 des Kolbens 18 vom Ventilkörper 26 nach oben ab, so daß - nach
Auflage des Ventilkörpers 26 am Ventilsitz 27 des unteren Gehäuseteils 3 -auch die
im Raum 36 befindliche Druckluft durch die axiale Bohrung 19 des Kolbens 18 und
den Raum 34 entlang den Bohrungen 38 in den Raum 33 gelangen kann, von wo aus sie
in der bereits beschriebenen Weise ebenfalls in die Atmosphäre entweichen kann.
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Die gewünschten Druckänderungen in Abhängigkeit von der am Bremspedal
aufgewendeten Betätigungskraft lassen sich durch eine entsprechende Bemessung der
wirksamen Flächen der Membranen 4, 5 und der Größe der einzelnen Federkräfte leicht
herbeiführen. Dabei ist einem bestimmten Druck im Raum 33 - und damit zugleich in
den Räumen 34 und 35 - im Raum 36 stets ein niedrigerer, beliebig einstellbarer
Druck zugeordnet, dessen Größe von der eingestellten Vorspannung der Schraubenfeder
23 abhängt. Die Größe des in den Räumen 33, 34 und 35 wirkenden Druckes ist dabei
außerdem sowohl bei zunehmender als auch bei nachlassender Bremsung stets geradlinig
proportional dem Betätigungsweg des Bremspedals bzw. der am Bremspedal aufgewendeten
Betätigungskraft.
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Fällt beispielsweise der zweite Kreis infolge einer Undichtheit, eines
Leitungsbruchs od. dgl. in den vom Bremsventil zu den zugehörigen Radzylindern führenden
Druckleitungen aus, so kann zwar die bei einer Betätigung des Bremspedals und des
Ventils erfolgende Abwärtsbewegung des Kolbens 18 ein Abströmen
der
Druckluft aus dem Luftbehälter des zweiten Kreises durch den Raum 36 und
die im anschließenden Druckleitungssystem befindliche Leckstelle ins Freie bewirken;
da der Ventilkörper 26 hierbei aber stets auf dem Ventilsitz 20 des
Kolbens 18 aufliegt, ist ein Entweichen von Druckluft aus dem ersten Kreis
nach dem (schadhaften) zweiten Kreis hin nicht möglich. Selbst wenn sich bei einem
solchen Schaden der Luftbehälter des zweiten Kreises vollkommen entleeren sollte,
kann der erste Kreis ganz normal weiterarbeiten.
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Im Fall einer Störung in dem zu den Radzylindern des ersten Kreises
führenden Druckleitungssystem kann die Druckluft bei einer Bremsbetätigung vom Luftbehälter
des ersten Kreises durch den Raum 33
des Bremsventils und das schadhafte Druckleitungssystem
ins Freie abströmen. Da hierbei jedoch der untere Kolben 18 infolge des mangelhaften
Luftdrukkes im Raum 33 zunächst in seiner oberen Stellung verbleibt, wirkt der obere
Kolben 6 bei seiner Abwärtsbewegung über die Kupplungsstifte 29 auf den unteren
Kolben 18 ein, wodurch dieser Kolben 18
nunmehr mechanisch nach unten
bewegt wird und den Ventilkörper 26 vom Ventilsitz 27 abhebt. Dadurch
gelangt bei der Bremsbetätigung - trotz Ausfall des ersten Kreises - die Druckluft
aus dem Luftbehälter des zweiten Kreises durch den Raum 36 in das Druckleitungssystem
dieses Kreises und bewirkt an den zugehörigen Radzylindem die gewünschte Bremsung.
Die progressive Wirkung der Bremsung entspricht dabei genau der Wirkung, wie sie
bei einer pneumatischen Betätigung des Kolbens 18 im Fall einer einwandfreien
Funktion beider Kreise erfolgen würde. Die gleichartige Wirkung entsteht dadurch,
daß der im Raum 36 auftretende Luftdruck nunmehr über die Membran 5, den
Kolben 18 und die Kupplungsstifte 29 auf den oberen Kolben
6 mechanisch ähnlich einwirkt, wie es sonst pneumatisch erfolgen würde.