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Steuerventil für Druckmittelanlagen, insbesondere Fahrzeug-Druckluftbremsen
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für Druckmittelanlagen mit mehreren Gruppen
von Arbeitszylindern, insbesondere für Fahrzeug-Druckluftbremsen, mit einem vom
Druck in der einen Zylindergruppe beaufschlagten Steuerglied, das über ein SteRglied
den Druckmitteleinlaß und -auslaß in der anderen Zylindergruppe bewirkt und dem
ein mit dem Stellglied verbundenes, unter dem Druck in der anderen Zylindergruppe
stehendes Rückführglied entgegenwirkt.
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Wenn mit einem Steuerventil dieser Bauart ein unterschiedlicher Druckanstieg
bzw. ein unterschiedliches Druckverhältnis in den verschiedenen Gruppen von Arbeitszylindem
erreicht werden soll, muß es als Druckübersetzer arbeiten. Es liegt nahe, für diesen
Zweck Mittel vorzusehen, mit denen die wirksame Steuerfläche an dem vom Primärdruck
beaufschlagten Steuerglied geändert werden kann. Bei bekannten Steuerventilen, bei
denen das Steuerglied aus einem mit dem Stellglied fest verbundenen Kolben besteht,
wird beispielsweise diesem fest verbundenen Kolben ein dazu konzentrischer loser
Ringkolben zugeordnet, der in Arbeitsrichtung über einen Bund am Stellglied auf
dieses einwirken kann. Soll bei dieser Bauart die wirksame Steuerfläche des Steuerglieds
verkleinert werden, so wird der Ringkolben n-üt einem am Gehäuse fest verstellbaren
Anschlag in der Ausgangsstellung festgestellt. Die vom Druckmittel auf den Ringkolben
ausgeübte Kraft wird dabei vom Anschlag aufgenommen. Diese Ausführung hat den Nachteil,
daß der Anschlag und die zu seiner Verstellung dienenden Bauteile einen verhältnismäßig
großen Raum hinter den Steuerkolben erfordern, weil der Anschlag aus dem Hubbereich
des Ringkolbens herausschwenkbar sein muß. Außerdem läßt sich dieseAnordnung praktisch
kaum mehrverwirklichen, wenn mehrere Steuerstufen am Steuerglied, also mehr als
ein Ringkolben, vorgesehen werden sollen.
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Es ist auch ein Steuerventil für Anhängerbremsen bekannt, bei dem
das Steuerglied nicht aus mehreren Ringkolben, sondern aus einer Membran besteht,
die in ihrer Mitte mit dem SteRglied verbunden und an ihrem äußeren Rand zwischen
Teilen des Ventilgehäuses festgespannt ist. Hier wird die wirksame Fläche des Steuerglieds
dadurch verändert, daß unter die äußere Ringzone der Membran nahe ihrer Einspannstelle
ein mit Schrägflächen gegenüber einem festen Ring axial verschiebbarer Stützring
gelegt wird ' der die darüberliegende Randzone der Meinbran abfangen und
unwirksam machen kann. Auch diese Ausführung hat den beim Ringkolbenventü bereits
erwähnten Nachteil des großen Raumbedarfs. Außerdem wird beim Ansetzen des Stellrings
an die Membran deren Bewegungswiderstand und unter Umständen sogar die Ausgangsstellung
des Stellglieds verändert.
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Die bekannten, als Druckübersetzer geeigneten oder bestimmten Steuerventile
haben außerdem den Mangel, daß sie wegen der Anordnung der Verstellmittel und ihres
Angriffs am Steuerglied sich nur schwer so ausbilden lassen, daß sie mit geringen
Änderungen auch noch für andere Zwecke verwendet werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das in seiner Grundform
zum Druckübersetzer bestimmte Steuerventil mit einfachen zusätzlichen Mitteln als
luftgesteuertes Ventil mit Voreileinrichtung für eine Zylindergruppe und außerdem
als Bremskraftregler zu gestalten. Auf diesen Ausbau ist schon in der Grundform.
Rücksicht genommen, indem gemäß der Erfindung als Steuerglied eine biegsame Wand
mit zwei oder mehr konzentrisch zueinander und konzentrisch zum Stellghed angeordneten,
gegenseitig verschiebbaren Stützgliedern vorgesehen wird, von denen eines mit dem
Stellglied in dessen der Druckrichtung des Rückführglieds entgegenwirkender Arbeitsrichtung
ständig verbunden und mindestens ein zweites willkürlich mit dem Stellglied kuppelbar
ist.
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Für die Anwendungsmöglichkeit als luftgesteuertes Ventil wird, von
dieser Grundform ausgehend, dem bzw. den zweiten Stützgliedern ein zusätzliches
Stützglied zugefügt, das auf das Stellglied auch bei steigender Druckbeaufschlagung
der Steuerwand nur eine Steuerkraft begrenzter Größe ausüben kann. In weiterer Vervollkommnung
ist gemäß der Erfindung noch
vorgesehen, daß die zweiten Stützglieder
mit dem Stellglied durch ein im Stellglied verschiebbares, von außen zugängliches
Bedienungsglied kuppelbar sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 eine Druckluft-Bremsanlage eines Sattelschleppers mit Anhänger,
Fig. 2 ein Einzelteil der Anlage im Schnitt nach Linie 11-II in Fig. 1 und
Fig. 3 ein Einzelteil der Anlage, in Richtung des in Fig. 1 eingezeichneten
Pfeiles gesehen.
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Ein Luftpresser 1 ist über eine Leitung 2 mit einem Vorratsbehälter
3 verbunden. In die Leitung 2 sind ein Luftfilter 4 mit Reifenfülleinrichtung
und ein Druckregler 5 eingefügt. Vom Vorratsbehälter 3 führt eine
Leitung 6 zu einem Bremsventil 7, dessen Druckwechselkammer über eine
sich verzweigende Leitung 8
mit Bremszylindem 9 an den Rädern der Zuginaschine
und mit einem Einlaß 10 eines Steuerventils 11 verbunden ist. Von
der Leitung 6 ist eine Leitung 12 abgezweigt, die in einen zweiten Einlaß
13 des Steuerventils führt. Ein Auslaß 14 des Steuerventils ist über eine
Leitung 15 mit Bremszylindem 16 verbunden, die zur Bremsung der Räder
des Auflegers dienen.
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Das Steuerventil 11 besteht aus einem gegossenen Teil 20 und
einem an diesem befestigten, aus Blech geprägten Teil 21. Der Teil 20 bildet eine
mit dem Einlaß 13 verbundene Druckluftkammer 22 und eine mit dem Auslaß 14
verbundene Druckwechselkammer 23. Die beiden Kammern 22 und 23 sind
über eine abgesetzte Bohrung 24 miteinander verbunden, die von einem mit einem Ventilsitz
25 am Gehäuse zusammenarbeitenden Schließkörper 26 überwacht ist.
Durch die Bohrung 24 reicht ein hohler Rohrschieber 28 hindurch, dessen dem
Schließkörper zugewendete Stirnseite als Ventilsitz ausgebildet und dessen Innenraum
ständig mit der Außenluft verbunden ist. Der Rohrschieber 28 trägt emen Rückführkolben
30.
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Im Gehäuseteil 21 sind, von einer Steuerwand 40 getrennt, zwei Kammern
41 und 42 gebildet. Die Steuerwand 40 ist von einem hohlen Stellglied 43 getragen,
das über einen Bund 44 am Rohrschieber 28
auf letzteren einwirken kann. Eine
Schraubenfeder 45 hält den Rückführkolben 30 am Bund 44 des Rohrschiebers
28 und den Rohrschieber selbst mit dem Bund 44 ständig am Stellglied 43.
Die Kammer 41 steht mit dem Einlaß 10 in Verbindung und ist zur Außenluft
durch die Steuerwand 40 und eine ringförnüge Dichtmanschette 48 abgedichtet. Die
Kammer 42 ist mit der Außenluft über den Kanal 49 verbunden. Bohrungen
52 in dem gleitend am Rohrschieber 28 beweglichen Stellglied 43 sorgen
dafür, daß im Innern des Rohrschiebers Außenluftdruck herrscht.
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Die Steuerwand 40 ist gebildet von einer ringförmigen, am Außen- und
Innenumfang Dichtmanschetten tragenden Membran 54 und drei konzentrisch
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einander angeordneten Stätzscheiben 55, 56, 57 für die Membran.
Die innere Stützscheibe 55 greift über einen Bund 58 unmittelbar am
Stellglied 43 an. Die äußere Stützscheibe 57 wirkt über eine Schraubenfeder
59 und einen Bund 60 auf das Stellglied 43 ein. Nach einem gewissen
Hub, der mindestens so groß wie der zum einwandfreien Arbeiten des Ventils erforderliche
Steuerhub des Stellglieds ist, kommt die äußere Stützscheibe 57 zur festen
Anlage am Gehäuseteil 20. über die äußere Stützscheibe kann deshalb nur eine
beschränkte Kraft auf das Stellglied ausgeübt werden, die von der Spannung der Feder
59
bei der am Gehäuse 20 anliegenden Stellung der Stätzscheibe 57 herrührt.
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Die mittlere Stützscheibe 56 umfaßt mit einem Nabenteil
62 das Stellglied 43. Der Außenmantel des Nabenteils dient zur Führung der
äußeren Stützscheibe 57, und beide Stützscheiben werden von der Feder
59 gegen den Bund 58 am Stellglied 43 gedrückt.
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Im Stellglied 43 ist ein aus dem Ventilgehäuse herausragender Verstellbolzen
64 beweglich gelagert. Mit diesem ist ein Stellhebel 65 fest verbunden, der
eine zum Verstellbolzen konzentrische Schale 66 bildet. Darin sind drei gleichmäßig
verteilte Ausbuchtungen eingeprägt, in denen Rastkugeln 67 gelagert sind.
Eine sich im Innern des Gehäuses abstützende Feder 68 greift an einem mit
dem Verstellbolzen fest verbundenen Bolzen 69 an und preßt den Verstellbolzen
64 samt dem Stellhebel über die Rastkugeln fest gegen das Gehäuse. Der Bolzen
69 reicht in Schlitzen 70 durch das Stellglied 43 hindurch. Die Schlitze
sind so bemessen, daß sich das Stellglied in seiner Arbeitsrichtung gegenüber dem
Bolzen 69 um mehr als den zum einwandfreien Arbeiten des Ventils erforderlichen
Steuerweg frei bewegen kann.
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In die Bohrung des Nabenteils 62 der mittleren Stützscheibe
56 ist eine Nut 75 mit halbkreisförmigem Grund eingearbeitet. Im Stellglied
43 ist eine Bohrung 76 derart eingearbeitet, daß bei am Bund 58 anliegender
Stützscheibe 56 die Bohrung 76 unter der Nut 75 liegt. In der
Bohrung 76 ist eine Verriegelungskugel 77 geführt, die entweder vom
Mantel des Verstellbolzens 64 in die Nut 75 gedrückt ist oder in einer Aussparung
78 im Verstellbolzen 64 liegt. Die Tiefe der Aussparung 78 ist so
bemessen, daß die Kugel 77 nicht aus der Bohrung 76 im Stellglied
43 heraustreten kann, und die Länge der Aussparung entspricht dem zum Steuern erforderlichen
Weg der Steuerwand 40. In Fig. 2 ist der Querschnitt des Verstellbolzens in der
Ebene der Kugel 77 dargestellt.
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Die den Rastkugeln 67 zugewendete Stirnseite des Gehäuseteils
21 ist mit Bohrungen und Aussparungen versehen. In Fig. 3 ist dies veranschaulicht.
In der gezeichneten Stellung des Verstellbolzens liegen die drei Rastkugeln
67 auf den Kanten der Bohrungen 80
auf. Bei einer Drehung im Uhrzeigersinn
des Stellhebels rasten die Kugeln an den Kanten der Bohrungen 81 ein. In
der dadurch gegebenen Stellung des Verstellbolzens 64 ist die Verriegelungskugel
77 aus der Nut 75 heraus- und in die Aussparung 78 eingetreten.
Bei entgegengesetzter Drehung des Stellhebels gelangen die Rastkugeln schließlich
in die sich allmählich verbreiternden Aussparungen 82, und die Feder
68 vermag dann über den an den vorderen Begrenzungskanten der Schlitze
70 anliegenden Stift 69 das Stellglied 43 und den Rohrschieber
28 gegen den Schließkörper 26 hin zu verschieben.
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In der Ruhestellung der beweglichen Ventilteile schiebt eine Rückführfeder
85 die Steuerwand 40 und das Stellglied 43 so weit nach links, bis die vorderen
Begrenzungskanten der Schlitze 70 am Stift 69 anschlagen.
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Nachstehend ist die Arbeitsweise des Ventils und der Verstelleinrichtung
für die Steuerwand beschrieben. Es ist dabei zunächst angenommen, daß die mittlere
Stützscheibe 56 über die Kugel 77 mit dem Stellglied 43 verriegelt
ist, so wie es in Fig. 1 dargestellt ist.
Beim Betätigen
des Bremsventils 7 im Bremssinn steigt der Luftdruck in den Bremszylindem
9 der Zugmaschine und in der Kammer 41 im Steuerventil an. Er schiebt dabei
die Steuerwand 40 und das Stellglied 43 samt dem Rohrschieber 28 nach rechts
und hebt den Ventilschließkörper 26 von seinem Sitz 25
ab. Druckluft
strömt nun so lange vom Behälter 3 in die Bremszylinder 16 des Auflegers
und vor den Rückführkolben 30, bis der über den Rückführkolben auf das Stellglied
43 zurückwirkende Druck die beweglichen Ventilteile in die Mittelstellung führt.
Da die druckbeaufschlagte Fläche der Steuerwand zunächst noch wesentlich größer
als die Fläche des Rückführkolbens 30 ist, steigt der Druck anfänglich in
den Bremszylindem 16 des Auflegers schneller an als in den Bremszylindern
9 der Zugmaschine und erreicht eher den Wert, der zum Ansprechen der Bremse
erforderlich ist. Das hat zur Folge, daß die Bremsen des Auflegers früher in Tätigkeit
treten als die der Zugmaschine. Damit ist vermieden, daß der Aufleger Schubkräfte
auf die Zugmaschine ausüben kann.
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Der äußere Wandteil der Steuerwand 40 verschiebt sich je nach
der über das Stellglied 43 übertragenen Kraft auch gegenüber dem Stellglied, bis
er am Gehäuseteil 20 zur festen Anlage kommt. Hat er diese Stellung einmal erreicht,
so kann er ungeachtet weiterer Drucksteigerung im Raum 41 keine größere Kraft mehr
auf das Stellglied und den Rohrschieber ausüben, als der Spannung der Feder
59 in der am Gehäuseteil 20 anliegenden Stellung der Stützscheibe
57 entspricht. Die Feder 59 ist so bemessen, daß die Stützscheibe
57 dann am Teil 20 zur Anlage kommt, wenn in den Bremszylindern
9 der zum Ansprechen der Zugmaschinenbremsen erforderliche Druck erreicht
ist. Von diesem Zeitpunkt ab verhalten sich die Druckänderungen in den Bremszylindem
16 zu denen in den Bremszylindem 9 wie die Fläche der Steuerwand abzüglich
dem am Gehäuseteil 20 anliegenden Wandteil zu der Fläche des Rückführkolbens
30.
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Die Verstelleinrichtung gestattet es, die mit dem Stellglied formschlüssig
verriegelte Fläche der Steuerwand und dadurch das Verhältnis der Drucksteigerungen
in den Bremszylindem der Zugmaschine und des Auflegers zu verändern. Damit kann
die Bremskraftverteilung verändert und dem Beladungszustand des Auflegers angepaßt
werden.
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In der gezeichneten Lage ist die mittlere Stützscheibe 56 mit
dem Stellglied verriegelt. Die nach dem Anschlagen des äußeren Wandteils noch wirksame
Fläche der Steuerwand 40 entspricht den an der Membran 54 anliegenden Flächen der
Stützscheiben 55 und 56 und ist etwa gleich groß oder um weniges größer
als die Fläche des Rückführkolbens 30. In diese Lage wird die Verstelleinrichtung
gebracht, wenn der Aufleger beladen ist, die Auflegerräder werden .entsprechend
der größeren Belastung stärker als die Räder der Zugmaschine abgebremst.
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Ist der Aufleger unbeladen, so wird der Stellhebel 65 im Uhrzeigersinn
gedreht, bis die Rastkugeln 67
auf den Kanten der Bohrungen 81 liegen
und dem Verstellbolzen 64 eine neue Raststellung sichern. In dieser Stellung ist
die Aussparung 78 im Verstellbolzen unter die Bohrung 76 im Stellglied
gelangt und die Kugel 77 aus der Nut 75 aus- und in die Aussparung
78 eingetreten. Die Stützscheibe 56 ist mithin gegenüber dem Stellglied
frei beweglich und kann nur noch, genau wie die äußere Stützscheibe 57, über
die Feder 59 auf das Stellglied 43 einwirken. Sie kommt zusammen mit der
äußeren Stützscheibe 57 zur Anlage am Gehäuseteil 20. Nach dem Einsetzen
der Zugmaschinenbremsen steht also zur Steuerung des Auflegerbremsdrucks nur noch
die innere Stützscheibe 55 zur Verfügung, deren Druckfläche kleiner als die
des Rückführkolbens 30 ist. Der Bremsdruck in den Auflegerbremszylindem
16 nimmt langsamer zu als der Druck in den Zylindern 9, so daß der
durch das frühere Einsetzen der Auflegerbremsen bedingte Bremskraftüberschuß dieser
Bremsen gegenüber jenen der Zugmaschine abgebaut wird.
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Ein Stützscheibensatz kann leicht durch einen anderen, in seiner Aufteilung
von dem ersten abweichenden, vertauscht werden, so daß die Verhältnisse des Druckes
vor und hinter dem Steuerventil beliebig und leicht veränderbar sind.
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Wird der Stellhebel 65 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht,
so werden die Kugeln durch die Feder 68 in die Aussparungen 82 (Fig.
3) hineingezogen, der Verstellbolzen 64 samt Stellglied 43 sowie Rohrschieber
28 nach rechts verschoben und der Ventilschließkörper 26 von seinem
Sitz abgehoben. Druckluft strömt vor den Rückführkelben 30 und in die Bremszylinder
des Auflegers. Wenn die auf den Rückführkolben ausgeübte Kraft zusammen mit der
von den Federn 85, 45 und der Rückführfeder des Schließkörpers
26 herrührenden Kraft die Kraft der Feder 68 überwindet, werden die
Steuerteile wieder nach links verschoben und die Druckluftkammer 22 gegenüber der
Druckwechselkammer 23 abgedichtet.
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Der Steuerhebel 65 kann zweckmäßig nüt dem Bremshebel der mechanischen,
nur auf die Zugmaschine wirkenden Handbremse verbunden sein. Beim Anziehen der Handbremse
wird dann zwangläufig der Aufleger von der Druckluftbremse aus in einem der Bemessung
der Feder 68 entsprechenden Maße gebremst.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist selbstverständlich nicht nur auf
Ventile der eben beschriebenen Art beschränkt. Auch die Steuerwand kann anders gestaltet
sein, ohne daß dabei die Grenzen der Erfindung überschritten sind. So kann die Erfindung
auch Anwendung finden bei reinen Druckübersetzern, bei denen die Steuerwand nur
in ihrer druckempfindlichen Fläche veränderlich sein muß.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuerwand, das Stellglied
und die Verstelleinrichtung in einem nach einer Seite offenen Gehäuseteil untergebracht
sind. Zusammen mit anderen, noch erforderliche Steuerelemente aufnehmenden Gehäuseteilen
können dann nach Art des Baukastensystems die verschiedensten Ventile zusammengesetzt
werden. Es kann z. B. ein Anhängersteuerventü gebildet werden, bei dem die veränderliche
Steuerwand als Bremskraftregler für den Anhänger dient. Die Verstelleinrichtung
für die Steuerwand dient dann auch zum willkürlichen Lösen der Anhängerbremsen bei
vom Zugwagen gebremsten Anhängern.