DE1137277B - Zweistufiges Ventil zur selbsttaetigen Einstellung eines niedrigen Vordrucks vor Aufgabe des hoeheren Hauptdruckes auf ein und denselben Druckmittel-verbraucher, insbesondere auf Bremszylinder von Foerdermaschinenbremsen - Google Patents

Description

• Zweistufiges Ventil zur selbsttätigen Einstellung eines niedrigen Vordrucks vor Aufgabe des höheren Hauptdruckes auf ein und denselben Druckmittelverbraucher, insbesondere auf Bremszylinder von Fördermaschinenbremsen Druckmittelbetriebene Geräte sind dann, wenn ihre schnelle Betätigung gewünscht wird, häufig starken mechanischen Schlägen und Stößen ausgesetzt, die durch den in diesem Fall erforderlichen plötzlichen und schnellen Druckanstieg verursacht werden. Die Schläge und Stöße entstehen dadurch, daß die mechanischen Führungen der Druckmittelverbraucher selber und die mechanischen Führungen der von ihnen betätigten Getriebe und Hebelgestänge Lose aufweisen. Die Losen sind bedingt durch nicht vermeidbare Differenzen in den einzelnen Passungen, sie können aber auch betriebsmäßig gewünscht sein, wie dies z. B. zwischen den Bremsbacken einer Fördermaschinenbremse und dem zugeordneten Treibradkranz der Fall ist. Wird ein derartiger Druckmittelverbraucher betätigt, so muß zunächst der diesen Losen zugeordnete Betätigungsweg zurückgelegt werden. Bis zur überwindung dieses Teils des Betätigungsweges treten praktisch keine dämpfenden Einflüsse auf, d. h. bei Einsatz der eigentlichen Betätigung der Druckmittelverbraucher ist der Druckanstieg sehr steil, was zur Zerstörung der Geräte führen kann oder doch wenigstens stärken Lärm verursacht.
• Bei Fördermaschinenbremsen mit Druckmittelzylindern hat man sich, soweit es sich um Bremsen für große Fördermaschinen handelt, schon dadurch geholfen, daß besondere Druckregler zur Vorflutung der Bermszylinder vorgesehen wurden. Diese Druckregler bewirken für den Teil des Betätigungsweges, der die Losen enthält, d. h. auch für den Teil, der bis zum Anlegen der Bremsbacken an den Radkranz benötigt wird, einen geringeren Druck, den sogenannten Vorflutdruck. Erst nachdem dieser Weg zurückgelegt ist, was bei einem vorgegebenen Druckanstieg einem bestimmten Druckwert entspricht, folgt ein steiler Druckanstieg für die eigentliche und schnelle Betätigung des Druckmittelverbrauchers. Bei Fördermaschinenbremsen kann dabei so vorgegangen werden, daß der Betätigungsbefehl um die Zeitspanne früher gegeben wird, die für das Vorfluten benötigt wird.
• Die bisher verwendeten Druckregler mit Vorflutung der Verbraucher werden allen Anforderungen gerecht; ihre Herstellungs- und Montagekosten liegen aber, wenn man sie für kleinere Fördermaschinenbremsen, z. B. Haspelbremsen, verwenden will, relativ hoch.
• Es ist auch schon ein Absperr- oder Steuerventil mit vorzugsweise magnetischer Hilfsventilsteuerung, die den Druckauf- und/oder -abbau im Druckraum über einem Servokolben od. dgl. verzögert erfolgen läßt, bekanntgeworden. Dieses Ventil erfordert aber einen besonderen Steueranschluß, beispielsweise eine Anschlußleitung zur magnetischen Betätigung des Hilfsventils. Ferner sind selbsttätige Ventile bekannt, die zunächst einem ersten Verbraucher Druckmittel zuführen und bei Druckanstieg dann weitere Verbraucher versorgen.
• Das neue zweistufige Ventil wird von demselben Druckmittel gesteuert, das auch dem Druckmittelverbraucher zugeführt wird. Es bietet einem anstehenden Druck zunächst einen hohen Strömungswiderstand, der sich nach einer einstellbaren Verzögerungszeit selbsttätig auf seinen Kleinstwert verringert. Das neue Ventil ist mit einfachen Mitteln und geringen Kosten herzustellen. Es kann die bisher verwendeten Druckregler in vielen Fällen ersetzen.
• Gekennzeichnet ist das neue zweistufige Ventil durch eine Vorkammer mit einem Anschluß zu einer Druckmittelquelle und zwei Steueröffnungen im Leitungszug zum Druckmittelverbraucher, wobei die eine Steueröffnung als einstellbare Drossel und die andere Steueröffnung als Ventilsitz mit zugehörigem Verschlußstück ausgebildet ist, welches in Öffnungsabhängigkeit vom Druck im Druckmittelverbraucher steht, so daß dort der Druckanstieg zunächst flach und nach Erreichen eines besitmmten Druckes demgegenüber steiler erfolgt. Bei der bevorzugten Ausführungsform steht die Vorkammer des zweistufigen Ventils mit ihren Steueröffnungen mit einer Hauptkammer in Verbindung. Die Hauptkammer ihrerseits ist über eine zweite Drossel und einen weiteren Ventilsitz mit einer Steuerkammer verbunden. Die Steuerkammer enthält ein Druckstellglied, z. B. einen mit einer Rückstellfeder gekuppelten Membranbalg oder einen mit Rückstellfeder versehenen Kolben.
• Zur näheren Erläuterung wird auf die Zeichnung verwiesen, sie zeigt in Fig. 1 ein Diagramm des Druckanstieges im Druckmittelverbraucher mit und ohne Verwendung des neuen zweistufigen Ventils, Fig. 2 das neue zweistufige Ventil mit einer Steuerkammer in schematischer Darstellung bei Anwendung auf eine druckmittelbetätigte Fördermaschinenbremse, Fig. 3 das neue zweistufige Ventil mit Rückschlagventil bei Anwendung auf eine druckmittelbetätigte Fördermaschinenbremse.
• In dem in Fig: 1 dargestellten Diagramm ist auf der senkrechten Achse der Druck D im Druckmittelverbraucher und auf der waagerechten Achse die Zeit t aufgetragen. Die dünn eingezeichnete Kurve a zeigt den Verlauf des Druckes über die Zeit ohne Verwendung des zweistufigen Ventils. Wie zu ersehen ist, steigt der Druck im Druckmittelverbraucher zunächst verhältnismäßig steil an, um gegen Ende asymptotisch auf den Volldruck, der durch die Waagerechte v bestimmt ist, überzugehen. Die stark eingezeichnete Kurve b zeigt den Verlauf des Druckes über die Zeit bei Verwendung des neuen zweistufigen Ventils. In der Zeitspanne von 0 bis t' steigt der Druck flach an. Nach Erreichen des sogenannten Vorflutdruckes, der bei t' erreicht ist und durch die waagerechte Linie w angegeben ist, wird die Steigung des Druckanstieges wesentlich steiler, um in der Nähe des Volldruckes v einen ähnlichen Verlauf wie die Kurve a zu nehmen.
• Die Kurve c zeigt den Verlauf der Druckabnahme bei Verwendung des neuen zweistufigen Ventils. Der Verlauf der Kurve c entspricht dem für den Druckanstieg in umgekehrter Reihenfolge. Die Umschaltung von schneller Druckabnahme auf langsame Druckabnähme erfolgt jedoch etwas später. Die Steilheit der Kurve c kann mit dem neuen zweistufigen Ventil so gewählt werden, wie sie für den jeweiligen Betriebsfall gewünscht wird.
• In Fig. 2 ist mit 1 ein elektrisch gesteuertes Fahrbremsventil bezeichnet. Dieses Fahrbremsventil ist bei 2 über das Druckluftnetz an die Druckmittelquelle angeschlossen. Mit 3 ist ein Druckmittelauslaß bezeichnet. Das Fahrbremsventil enthält zwei vom Elektromagneten 4 in ihrer Stellung umstellbare Ventilteller 5, so daß in ihrer einen Stellung das Druckmittelnetz vom Druckmittelverbraucher abgetrennt ist und der Druckmittelverbraucher auf Auslaß des Druckmittels gestellt ist und in der anderen Stellung der Druckmittelauslaß abgeschlossen ist und das Druckmittel zum Druckmittelverbraucher strömen kann. Über die Leitung 6 ist das Fahrbremsventil 1 mit dem zweistufigen Ventil ? verbunden. Das zweistufige Ventil 7 enthält eine Vorkammer 8, die einen Anschluß 9 für die Leitung 6 und zwei Steueröffnungen 10 und 11 aufweist. Die Steueröffnung 10 besteht aus einer einstellbaren Drossel. Die Steueröffnung 11 wird durch einen Ventilsitz gebildet. Die Steueröffnungen 10 und 11 münden in eine Hauptkammer 12, die ihrerseits einen Verbraucheranschluß 13 aufweist. An diesen ist die Leitung 14 zum Bremszylinder 15 angeschlossen. Im Bremszylinder 15 ist der Bremskolben 16 angeordnet. Der Bremskolben 16 ist mit seinem Anschlußstück 17 mit dem Gestänge der Bremse verbunden.
• Die Hauptkammer 12 des zweistufigen Ventils ist über eine zweite einstellbare Drossel 18 und einen Ventilsitz 19 mit der Steuerkammer 20 verbunden. In der Steuerkammer 20 ist ein Membränbalg 21 angeordnet, der unter dem Druck einer Rückstellfeder 22 steht. Die Rückstellfeder 22 stützt sich am Deckel 23 der Steuerkammer 20 ab. Zur Einstellung des Gegendruckes der Rückstellfeder 22 ist ein einstellbares Federlager 24 im Deckel 23 angeordnet. Mit dem Membranbalg 21 ist über einen Ventilstößel 25 das Verschlußstück 26 verbunden. Dieses verschließt in seiner einen Stellung die Steueröffnung 11 und in seiner anderen Stellung den Ventilsitz 19. Die wirksamen Querschnitte der Steueröffnung 11 und des Ventilsitzes 19 sind so gewählt, daß der in der Vorkammer anstehende Druck ein vorzeitiges Öffnen des Verschlußstückes 26 nicht ermöglichen kann.
• Die Wirkungsweise des neuen zweistufigen Ventils ist folgende: Wird das Fahrbremsventil l so eingestellt, daß das Druckmittel, z. B. Luft, über das Fahrbremsventil und die Leitung 6 in die Vorkammer 8 einströmt, so wird es über die einstellbare Drossel 10 zum Fahrbremszylinder 15 gelangen. Der Druckanstieg im Fahrbremszylinder 15 wird in seiner Steilheit durch den wirksamen Querschnitt der Drossel 10 bestimmt. Bei Erreichen eines bestimmten Druckes im Fahrbremszylinder 15 werden alle Losen, also auch der zwischen Bremsbacken und Treibradkranz erforderliche Bremsbetätigungsweg, zurückgelegt sein. Damit liegen die Bremsbacken am Bremskranz an. Bei diesem Druck wird zugleich gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder22 der Membranbalg21nach oben gedrückt; das Verschlußstück 26 öffnet die Steueröffnung Il und schließt den Ventilsitz 19. Da nunmehr der wirksame Querschnitt für die Druckmittelzufuhr wesentlich größer ist, steigt der Druck im Bremszylinder 15 steil an, und die Bremse wird schnell wirksam.
• Wird das Fahrbremsventil 1 in die Auslaßstellung umgestellt, so entweicht das Druckmittel im wesentlichen über die Steueröffnung 11 aus dem Bremszylinder 15, d. h., die Bremse wird zunächst schnell gelüftet. Aus der Steuerkammer 20 entweicht das Druckmittel nur über die Drossel 18. Der der Steuerkammer 20 zugeordnete Ventilsitz 19 bleibt zunächst noch verschlossen. Erst nachdem die Bremse im wesentlichen schon gelüftet hat, überwindet die Kraft der Rückstellfeder 22 den Druck des Druckmittels in der Steuerkammer 20, und das Verschlußstück 26 bewegt sich in seine andere Stellung. Von nun ab kann das Druckmittel aus dem Bremszylinder 15 nur über die Drossel 10 der Vorkammer 8 abströmen, so daß der Lüftungsvorgang zum Ende hin wesentlich langsamer erfolgt und der Bremskolben 16 auch die andere Endstellung sanft erreicht.
• Fig.3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dadurch, daß die Steuerkammer 20 und die Hauptkammer 12 nicht durch eine Zwischenwand mit einer Drossel 18 und einem Ventilsitz 19 voneinander getrennt sind. An Stelle der vorgenannten Elemente ist das Rückschlagventil27 parallel zum Einlaß 9 der Vorkammer 8 und zum Verbraucheranschluß 13 angeordnet, so daß das Druckmittel über das Rückschlagventi127 nur in Richtung zum Fahrbremsventil1 strömen kann. Hierdurch ändert sich an der Wirkungsweise bei Betätigung des Druckmittelverbrauchers im grundsätzlichen nichts.
• Die Entlüftung des Druckmittelverbrauchers erfolgt zunächst über die verhältnismäßig große Öffnung des Rückschlagventils 27 und die Drosel 10, solange der im Verbraucher anstehende Druck ausreicht, das Rückschlagventi127 gegen die Kraft seiner gegebenenfalls einstellbaren Rückstellfeder offen zu halten. Schließt das Rückschlagventi127 gegen Ende des Entlüftungsvorganges, so strömt das Druckmittel nur über die Drossel 10 ab. Die Druckabnahme im Druckmittelverbraucher verläuft somit entsprechend der Kurve c.
• An Stelle des im beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendeten Membranbalges mit Rückstellfeder kann auch eine Federmembran oder ein Kolben mit Rückstellfeder vorgesehen werden.
• Die Anwendung des neuen zweistufigen Ventils ist nicht auf Fördermaschinenbremsen beschränkt, sondern eignet sich auch für andere ähnlich gelagerte Fälle, wie z. B. druckmittelbetätigte Trenn- und Leistungsschalter.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Zweistufiges Ventil zur selbsttätigen Einstellung eines niedrigeren Vordruckes vor Aufgabe des höheren Hauptdruckes auf ein und denselben Druckmittelverbraucher, insbesondere auf Bremszylinder von Fördermaschinenbremsen, gekennzeichnet durch eine Vorkammer (8) mit einem Anschluß (9) zu einer Druckmittelquelle und zwei Steueröffnungen (10, 11) im Leitungszug (6, 8, 12, 14) zum Druckmittelverbraucher (15), wobei die eine Steueröffnung (10) als einstellbare Drossel und die andere Steueröffnung (11) als Ventilsitz mit zugehörigem Verschlußstück (26) ausgebildet ist, welches in Öffnungsabhängigkeit vom Druck im Druckmittelverbraucher (15) steht, so daß dort der Druckanstieg zunächst flach und nach Erreichen eines bestimmten Druckes demgegenüber steiler erfolgt.
2. 2. Zweistufiges Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (8) über Steueröffnungen (10, 11) mit einer Hauptkammer (12) in Verbindung steht, die ihrerseits über eine zweite Drossel (18) und einen weiteren Ventilsitz (19) mit einer Steuerkammer (20) verbunden ist, die ein Druckstellglied (21) für das Verschlußstück (26) enthält.
3. 3. Zweistufiges Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Vorkammer (8) ein Rückschlagventil (27) angeordnet ist mit einer vom Druckmittelverbraucher (15) abgewandten Durchlaßrichtung (Fig. 3).
4. 4. Zweistufiges Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckstellglied eine Federmembran vorgesehen ist.
5. 5. Zweistufiges Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckstellglied ein Membranbalg (21) mit Rückstellfeder (22) vorgesehen ist.
6. 6. Zweistufiges Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckstellglied ein Kolben mit Rückstellfeder vorgesehen ist. Deutsche Auslegeschriften Nr. 1049 180, 1 060 681, 1084 532; britische Patentschrift Nr. 589 095; USA.-Patentschrift Nr. 2 500 627; Siemens-Zeitschrift, 32. Jahrgang, August 1958, Heft 8, S. 568 bis 574.