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Bremsventil für ein Strömungsdruckbremssystem eines Fahrzeuges Die
Erfindung betrifft Bremsventile (Bremsdruckzumeßventile) für ein Strömungsdruckbremssystem
eines Fahrzeuges mit einem vom Fahrzeugführer zu bedienenden Betätigunggslied,.
mit einer Ventilanordnung mit einem Steuerglied zum Regeln der Verbindung zwischen
einer an eine Strömungsdruckquelle angeschlossenen Einlaßöffnung und einer an den
bzw. die Bremszylinder angeschlossenen Arbeitsöffnung und zwischen der Arbeitsöffnung
und einer Ausströmöffnung und mit einer Vorrichtung zum Verändern des gesteuerten
Druckes an der Arbeitsöffnung entsprechend der Fahrzeugbelastung, die eine Kammer
enthält, an welche ein im Verhältnis der Fahrzeugbelastung veränderlicher Druck
angeschlossen ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bremsventil für ein
Bremssystem zu schaffen, welches einfach im Aufbau, sicher in der Arbeitsweise und
wirtschaftlich in der Herstellung sowie über den ganzen Bereich von Fahrzeugbelastungen
wirksam ist.
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Es sind bereits Bremsventile bekannt, die eine Kammer aufweisen, an
die ein im Verhältnis der Fahrzeugbelastung veränderlicher Druck angeschlossen ist.
Ferner ist es bekannt, in Bremsdruckreglern eine Steuerkammer durch eine mit einem
Kolben in Eingriff stehende verformbare Wand zu begrenzen, deren wirksame Fläche
sich in Abhängigkeit von der Kolbenstellung verändert. Das Ende des Kolbens hat
dabei eine verjüngte oder konische Form. Schließlich ist es auch bekannt, zwischen
Ventilbetätigungsglied und Ventilsteuerglied eine Kraftübertragungsfeder vorzusehen.
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Gemäß der Erfindung ist die Kammer durch ein an dem Ventilsteuerglied
befestigtes starres Glied und eine mit einem Kolben im Eingriff stehende, verformbare
Wand begrenzt, steht der Kolben mit dem Ventilbetätigungsglied in Arbeitsverbindung
und verändert sich die wirksame Fläche der verformbaren Wand in an sich bekannter
Weise entsprechend der Stellung des Kolbens, so daß die auf das Ventilsteuerglied
in einer bestimmten Stellung des Kolbens übertragene Kraft dem Druck in der Kammer
entspricht.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die verformbare
Wand in an sich bekannter Weise aus einer biegsamen Membran, die mit einem an dem
starren Glied befestigten Flansch bei der Bewegung des Kolbens in der einen oder
anderen Richtung fortschreitend in oder außer Eingriff kommt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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F i g. 1 zeigt das Bremsventil in Draufsicht; F i g. 2 ist ein Längsschnitt
nach der Linie 2-2 der F i g. 1 in Ruhestellung; F i g. 3 ist eine der F i g. 2
ähnliche Teilansicht des Ventils in einer Arbeitsstellung.
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Das Bremsventil 10 ist für ein Fremdkraftbremssystem bestimmt
und dazu geeignet, die Bremsdrücke in zwei Bremskreisen zu regeln, die den nicht
dargestellten Vorder- und Hinterachsen eines Kraftfahrzeuges zugeordnet sind. Obgleich
das dargestellte Ventil einen Bremsdruck nur zwei Bremskreisen liefern kann, kann
jede beliebige Anzahl von getrennten Kreisen vorgesehen werden. Die Betätigungsmittel
für das Ventil bestehen aus einem als Gabelhebel 14 ausgebildeten Betätigungshebel
12, der von dem Gehäuse 32 des Bremsventils mittels eines Drehbolzens 15 getragen
wird. Der Hebel 14 ist mit zwei Gabelhebeln 16 versehen, von denen jeder eine einem
Bremskreis zugeordnete Ventilanordnung betätigt.
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Eine der Ventilanordnungen ist im Längsschnitt in F i g. 2 dargestellt.
Jede Ventilanordnung enthält ein Steuerventil 18, eine an dem Ventilsteuerglied
21 befestigte Kraftzumeßvorrichtung 20 und einen Kolben 22 in abstützender
Verbindung mit einem der Gabelhebel 16, der gleitend in dem Gehäuse angeordnet ist.
Die Zumeßvorrichtung nach F i g. 2 enthält ein tassenförmiges Gehäuse 20, welches
an dem Ventilsteuerglied 21 durch eine geeignete Verbindung, beispielsweise eine
Schraubverbindung, befestigt ist, und eine biegsame, mit dem Endteil des Kolbens
22 zusammenwirkende
Membran 26. Das Gehäuse 20 besteht aus zwei
zusammengesetzten Teilen und enthält einen oberen Flansch 23 und einen mit dem Ventilsteuerglied
21 verbundenen unteren Teil 24. Der Flansch 23 wirkt als Abrollabstützung für die
Membran 26, deren Seitenwände zwischen den Teilen 23 und 24 des tassenförmigen Gehäuses
20 festgeklemmt sind, welches in der Zusammenstellung durch eine geeignete Befestigungsvorrichtung,
beispielsweise nicht dargestellte Maschinenschrauben, festgehalten wird. Der untere
Teil 24 des tassenförmigen Gehäuses 20 und die Membran 26 begrenzen eine Kammer
28, die mit nicht dargestellten Luftfedern, die die dem Bremskreis zugeordnete Achse
tragen, durch die erforderliche Leitungen, eine Anschlußöffnung 30 in der Wandung
des Gehäuses 32 und einen inneren Kanal 34 in dem Ventilsteuerglied 21 verbunden
ist. Der gleiche Druck herrscht dementsprechend zu allen Zeiten in der Kammer 28
und in den der gleichen Achse zugeordneten Aufhängefedern vor.
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Das Ventil 18 kann von jeder beliebigen Art sein, die eine Reaktionskraft
entgegengesetzt zu ihrer Betätigung ergibt, die in direktem Verhältnis zu dem Strömungsdruck
steht, der einer an den Bremsantrieb (Bremszylinder) angeschlossenen Arbeitsöffnung
36 geliefert wird, um eine Bremskraft auf das Rad der Achse auszuüben. Gemäß F i
g. 2 ist ein hydraulisches Steuerventil von bekannter Art so ausgebildet, daß es
der Arbeitsöffnung 36 einen hydraulischen Druck in direktem Verhältnis zu der Betätigungskraft
auf das Glied 21 liefert. Da jedoch das Ventil 18 an sich nicht einen Teil der Erfindung
bildet, ist eine eingehende Beschreibung nicht notwendig. Bei solchen Anwendungen,
wo die Leitung zwischen Arbeitsöffnung 36 und Bremsantrieb eine erhebliche Länge
hat, kann eine Ausbildung bevorzugt werden, welche ein »Gefühl« im Verhältnis zu
dem Druck in dem Bremsantrieb an Stelle in der Öffnung 36 liefern kann, um die Bremsempfindlichkeit
zu verbessern. Das Ventil 18 schließt die Arbeitsöffnung 36 entweder an die Einlaßöffnung
38 (welcher ein Akkumulator Strömungsdruck liefert) oder an die Ausströmöffnung
40
(von welcher das Strömungsmedium zu einem Behälter zurückkehrt) an und
reguliert den Arbeitsöffnungsdruck auf einen Wert, für, den die entsprechende Reaktionskraft
gegen das Steuerglied 21 die durch die Zumeßvorrichtung 20 übertragene Betätigungskraft
ausgleicht. Nachgiebige Ventilrückstellmittel, die als Feder 39 schematisch dargestellt
sind, üben eine das Ventil in die normal geschlossene Stellung drückende Kraft aus,
wo die Verbindung zwischen den Arbeits- und Ausströmöffnungen offen und zwischen
den Arbeits- und Einlaßöffnungen geschlossen ist.
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Der Endteil 41 des Kolbens 22 hat konisch verjüngte Form, so daß ein
fortschreitender Eingriff zwischen Kolben und Membran bei einer Arbeitsbewegung
des Kolbens stattfindet. Bei Verwendung eines entsprechenden Grades von Verjüngung
bzw. Abschrägung ist es möglich, den gewünschten Kolbenweg in Abhängigkeit von dem
Steuerdruck zu erhalten. Wenn die beiden Kolben 22 des Zweikreisbremsventils gleiche
Verjüngungswinkel haben, wird eine Gleichheit der Kolben-Membran-Berührungsflächen
erhalten, während sich bei ungleichen Kolben verschiedene Veränderungen ergeben.
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Eine Feder 42 wird zwischen der Zumeßvorrichtung 20 und dem Kolben
22 zusammengedrückt und erfüllt verschiedene Funktionen. In Ruhestellung hält die
Feder 42 den Kolben 22 gegen einen Abstützring 44, selbst wenn kein Druck in der
Kammer 28 (bei geparktem Fahrzeug) zur Verfügung steht. Der Ring 44 ist mit dem
Gehäuse vorzugsweise einstückig, nimmt den Kolben 22 gleitend auf und hält ihn zentriert.
Eine zusätzliche Funktion der Feder 42 besteht darin, eine Druckkraft zusätzlich
zu der von dem Kolben 22 über die Zumeßvorrichtung 20 auf das Steuerglied 21 der
Ventilanordnung 18 übertragenen Druckkraft zu übertragen, um das unabgefederte Gewicht
der entsprechenden Achse auszugleichen. Dieses Gewicht darf insbesondere beim Abbremsen
des unbelasteten Fahrzeuges nicht vernachlässigt werden, da das Gewicht einer hinteren
Tandemachse bei einem Lastwagen eine Tonne übersteigt. Durch eine Feder 42 mit genügender
Steifheit ist es ferner möglich, das Bremsventil nach der Erfindung bei einem Fahrzeug
zu verwenden, welches mit einer hybriden Aufhängung mit pneumatischen und mechanischen
Aufhängeeinheiten ausgerüstet ist.
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Es muß jedoch berücksichtigt werden, daß die Feder 42 das Ventil 18
in die Bremsstellung drücken und die Wirkung der Rückstellfeder 39 überwinden will.
Damit die Feder 39 die Ventilanordnung in der geschlossenen Stellung bei Ruhe halten
kann, muß ihre Vorspannung die der Feder 42 übersteigen, selbst wenn die Feder 42
steifer als die Feder 39 ist.
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Das System arbeitet folgendermaßen: Wenn sich die Teile des Bremsventils
10 in der in F i g. 2 dargestellten Stellung befinden, ist die Ventilanordnung 18
hydraulisch ausgeglichen und durch Wirkung der Feder 39 in der geschlossenen Stellung
gehalten. Die Verbindung zwischen den Öffnungen 36 und 40 ist geöffnet und
zwischen den Öffnungen 36 und 38 unterbrochen. Wenn der Fahrer eine Betätigungskraft
ausübt und den Arm 12 in Richtung des Pfeiles F (F i g. 2) bewegt, bewegt
jeder Gabelhebel 16 den entsprechenden Kolben 22 aus der Ruhestellung nach F i g.
2 nach unten, es ergibt sich eine entsprechende Bewegung zwischen jedem Kolben 22
und der entsprechenden Zumeßvorrichtung 20, und jeder Kolben will die zugeordnete
Membran verformen, so daß sie die in F i g. 3 dargestellte Form einnimmt. Da die
Wege aller Kolben gleich sind, werden die Membranen in gleicher Weise nach oben
gegen die Kolben gefaltet, obgleich die Drücke in den Kammern 28 bei ungleichen
Achslasten verschieden sind. Da die wirksame Abstützfläche bei jeder Membran die
gleiche ist, stehen die Kräfte, die auf die Ventilsteuerglieder 21 übertragen werden,
in direktem Verhältnis zu den Drücken in den entsprechenden Kammern 28. Wenn die
Ventilanordnungen 18 derart sind, daß eine Reaktionskraft in direktem Verhältnis
zu dem Druck in der Arbeitsöffnung 36 ausgeübt wird, wird jeder Steuerdruck auf
einen Wert geregelt, der in direktem Verhältnis zu dem Aufhängedruck steht, so daß
also die Wirkung der Feder 42 als von untergeordneter Bedeutung betrachtet wird.
Die Bedingung wird nur für eine Fahrzeugachse, die ausschließlich Strömungsdruckaufhängefedern
hat, erfüllt, da in solch einem Fall die Feder 42 dafür bestimmt ist, einen
niedrigen Anteil der Ventilbetätigungskraft zu übertragen, insbesondere wenn die
Belastung der Achse sich dicht an dem Maximalwert befindet.
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Die Anordnung einer ausgleichenden Feder 42 mit einer erhöhten Steifheit,
die eine erhebliche Kraft zusätzlich
zu der durch die Membran 26
übertragenen Kraft übertragen kann, verändert nicht die Wirkungsweise der Ventilanordnung
18. Sie verändert nur die Beziehung zwischen Kolbenweg und -steuerdruck. Mit einer
geeigneten Feder kann man in bekannter Weise erreichen, daß der größte Teil des
Weges des Betätigungshebels 14 in dem vorwiegend verwendeten Bereich niederer Bremsdrücke
liegt, während die über diesem Bereich liegenden höheren Bremsdrücke ohne wesentlichen
Hebelweg nur durch ändern der Kraft an dem Arm 12 gesteuert werden.
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Wenn der Kraftfahrer mit der Betätigung des Armes 12 aufhört, wirken
der Reaktionsdruck auf jede Ventilanordnung 18 und die Kraft der Rückstellfedern
39 zusammen und bewegen das Steuerglied 21 nach oben, so daß eine Verbindung zwischen
der Arbeitsöffnung 36 und der Ausströmöffnung 40 her gestellt wird. Der Druck in
der Kammer 28 und die Kraft der Feder 42 bringen den Kolben 22 in die Stellung nach
F i g. 2 zurück und halten ihn in dieser Stellung, bis der Arm 12 wieder betätigt
wird.
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Die einzige dargestellte Ausführungsform zeigt ein Bremsventil, welches
nur den Bremsdruck in zwei Kreisen steuern kann, von denen jeder mit einer anderen
Arbeitsöffnung 36 verbunden ist. Es ist aber klar ersichtlich, daß jede beliebige
Anzahl von Bremskreisen vorgesehen werden kann, während ein einziger Hauptkreis
mit einem Rückführungsbehälter, einer Pumpe und einem Akkumulator vorgesehen wird.
Alle Einlaßöffnungen 38 stehen untereinander und mit dem Akkumulator in Verbindung,
während alle Ausströmöffnungen 40 für den Rückstrom zu dem Behälter vorgesehen sind.
An Stelle eines Kreislaufs mit im Ruhezustand geschlossenem Mittelventil ist es
auch möglich, einen sogenannten offenen Kreislauf mit Drosselventil vorzusehen.
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Abgeänderte, nicht dargestellte Ausführungsformen der Erfindung können
vorgesehen werden, bei welchen das Verhältnis der Bremskraft zu dem Luftfederdruck
für jede Ventilanordnung verschieden ist. Um diesen Zweck zu erreichen, muß der
verjüngte Endteil oder Kegel 41 der Kolben 22 so verschieden sein, daß die wirksame
Fläche der entsprechenden Membran für einen gegebenen Weg des Hebels 14 für jede
Ventilanordnung verschieden ist. Die Erfindung läßt sich auch bei Fahrzeugen mit
hydropneumatischen Aufhängeeinheiten oder mit einer gemischten Aufhängung verwenden.
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Durch die Erfindung ist ein Bremsventil geschaffen, das so wirkt,
daß die Bremskraft an jeder Achse zu der effektiven Belastung jeder Achse in dem
richtigen Verhältnis steht. Da die Anordnung von pneumatischen und mechanischen
Wegfedern in der Kraftübertragung, die parallel zwischen dem vom Kraftfahrer betriebenen
Glied und jeder Steuerventilanordnung angeordnet sind, es möglich macht, die Erfindung
entweder bei rein pneumatischen oder bei gemischten Fahrzeugaufhängungen zu verwenden,
ist die Erfindung für zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten geeignet.