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Steuerventil für Druckluftbremseinrichtungen, insbesondere von Kraftfahrzeugen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil für Druckluftbremseinxichtungen,
insbesondere von Kraftfahrzeugen, mit einem flächenveränderlichen, dem Steuerdruck
unterliegenden Membran-Steuerglied, dessen Flächenveränderung durch zwei in Hubrichtung
des Steuergliedes gegeneinander verstellbare und gegeneinander geneigte Stützglieder
bewirkt wird, die mit radial gerichteten, ineinandergreifenden Fingern versehen
sind.
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Es ist zwar bereits ein Steuerventil bekannt, bei dem eine Membran
mit einer kegeligen Auflagefläche wirkflächenveränderlich zusammenarbeitet, und
bei der die kegelige Auflagefläche mit einem Einlaßventilsitz des Steuerventils
fest verbunden und von dem in die Arbeitszylinder eingesteuerten Druck verstellbar
ist. Der vom Steuerleitungsdruck beaufschlagte Umsteuerteil des Ventils ist aber
in einem Qetrennten Ventilteil angeordnet. Dadurch wird das bekannte Steuerventil
vielteilig und umständlich, so daß seine Anwendbarkeit beschränkt ist. Außerdem
hat dieses bekannte Ventil keine in entsprechende Gegenausnehmungen eintauchende
Finger an dem Membran-Stützglied, so daß die Membran stark beansprucht und nicht
schonend abgefangen ist.
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Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, ein Steuerventil für Druckluftbremseinrichtungen
zu schaffen, das nur wenig Platz braucht, möglichst wenig innere Reibung aufweist
und weitgehend sicher vor Störung ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das erste
Stützglied mit einem fahrzeuglastabhängig beeinflußten Kolbenglied und einem dem
eingesteuerten Bremsdruck unterliegenden Kolbenglied fest verbunden ist und je nach
seiner Stellung die Membran mehr oder weniger von ihrer Einwirkung auf das zweite
Stützglied abhält, das mit einem unter dem Steuerdruck verstellbaren Steuerkolben
und mit einem dem eingesteuerten Bremsdruck unterliegenden Rückwirkkolben verbunden
ist, und daß die Teile so angeordnet sind, daß der Steuerkolben in der einen Richtung
und der Rückwirkkolben sowie das zweite Stützglied in der anderen Richtung Kräfte
auf ein Ventilglied des Steuerventils ausüben können.
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Gegenstand eines älteren Patents ist ein Steuerventil für eine pneumatische
Bremsanlage für Fahrzeuge, das einen ersten Ventilsitz aufweist, der mit einem ersten
Ventilkörper zusammen ein Auslaßventil bildet und dessen Lage in dem Ventilgehäuse
willkürlich oder selbsttätig in Abhängigkeit von der Belastung des Fahrzeugs einstellbar
ist, und einen zweiten Ventilsitz aufweist, der mit einem zweiten, mit dem ersten
fest verbundenen Ventilkörper das Einlaßventil bildet und mit zwei durch Druckunterschied
bewegbaren Körpern verbunden ist, die dem Druck in den Bremszylindern und dem vom
Fahrer eingesteuerten Druck in der Weise ausgesetzt sind, daß diese Drücke den zweiten
Ventilsitz in entgegengesetzten Richtungen zu bewegen suchen, wobei einer der durch
Druckunterschied bewegbaren Körper eine biegsame ringförmige Membran ist, deren
äußerer und innerer Umfangsabschnitt an konvergierend geneigten Oberflächen anliegen,
die an dem Ventilgehäuse und einem fest mit dem zweiten Ventilsitz verbundenen Körper
gebildet sind. Dabei sind die geneigten Oberflächen auf sich radial erstreckenden,
ineinandergreifenden Fingern gebildet, welche mit dem Ventilgehäuse bzw. dem mit
dem zweiten Ventilsitz fest verbundenen Körper verbunden sind.
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Abweichend hiervon ist beim Gegenstand der Erfindung der zweite Ventilsitz
gehäusefest angeordnet. Außerdem ist keine der geneigten Oberflächen mit dem Ventilgehäuse
verbunden. Damit deckt sich aber der Gegenstand der Erfindung nicht mit dem genannten
Gegenstand des prioritätsälteren Patents.
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Schließlich weist der Gegenstand der Erfindung noch den Vorteil auf,
daß das Steuerventil ohne Beeinträchtigung der Betriebssicherheit sowohl für Fahrzeuge
mit einer herkömmlichen Federung als auch für mit einer Luftfederung ausgerüstete
Fahrzeuge verwendbar ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt,
und zwar zeigt F i g. 1 eine Steuervorrichtung zum Teil im Schnitt mit schematisch
angedeuteten Anschlußgliedern, F i g. 2 einen Teil eines Schnittes in der Ebene
11-11 von der F i g. 1.
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Ein Ventil 1 ist in einem Gehäuse untergebracht, dessen Oberteil 2
mittig durchbohrt ist und ein als
Stellglied wirkendes Ventilrohr
3 aufnimmt. Das obere Ende 4 des Stellgliedventilrohrs 3 arbeitet mit dem Schließglied
5 eines Doppelsitzventils zusammen, dessen zweiter Sitz 6 fest im Oberteil 2 angeordnet
ist. Auf das Schließglied wirkt der Druck einer Ventilfeuer 7, deren anderes Ende
sich an einem Gewindestopfen 8 abstützt. Die Feder 7 und das Schließglied 5 sind
in einem Raum 9 angeordnet, der über einen Anschluß 10 an einen Behälter 11 angeschlossen
ist. Im Bereich des Ventilrohrendes 4 unmittelbar unter dem Sitz 6 des Schließgliedes
5 mündet ein Anschluß 12, der zu einem Bremszylinder 13 des Fahrzeuges führt. Unterhalb
dieses Anschlusses ist die Bohrung im Oberteil 2 zu einem Zylinder 14 erweitert,
der verschiedene Kolbenglieder aufnimmt. Einem ersten Kolben 15 dient ein an der
Stirnseite des Zylinders angeformter Bund 16 als Endanschlag. Der Raum zwischen
dem Kolben 15 und der Stirnseite des Zylinders 14 trägt die Bezugszahl 15'. Ein
zweiter Kolben 17 ist entgegengesetzt zu dem Kolben 15 im Zylinder 14 angeordnet.
Ein Raum 18 unter ihm ist an ein Bremsventil 19 des Fahrzeuges angeschlossen.
Beide Kolben 15 und 17 können sich in axialer Richtung etwas auf dem Ventilrohr
3 bewegen. Ihre Bewegung wird durch eine Einrichtung begrenzt, die zum Teil in einer
Längsaussparung 20 des Stellgliedventilrohres 3 angeordnet ist. Im Bereich dieser
Aussparung 20 ist ein Sprengring 21 am Ventilrohr 3 befestigt, gegen den eine Ringscheibe
22 von einer Feder 23 über einen Teller 24 gedrückt wird. Mit einem Ansatz 25 wirkt
dieser Teller auch auf eine Scheibe 26, die mit einer Schulter 27 am oberen Ende
der Ventilrohraussparung 20 anliegt und mit einem Rand 28 den Kolben 15 untergreift.
Zwischen dem Sprengring 21 und dem Rand 28 der Scheibe 26 ist geringes Spiel vorhanden.
Die Ringscheibe 22 wird von mehreren Hebeln 29 Untergriffen, die sich einerseits
an einer Gehäuseschulter 30 und andererseits an dem Rücken des Kolbens 17 abstützen.
Damit sie nicht wegrutschen, ist auf den Kolben 17 ein Ringteller 31 aufgesetzt.
Die Aussparung 20 des Ventilrohres 3 endet oberhalb des Kolbens 17. Innen in das
'Ventilrohr 3 ist ein Sprengring 32 eingesetzt, der dem Ende der Feder 23 als Anschlag
dient. An seinem unteren Ende ist das Ventilrohr 3 mit einem Schlitz 33 versehen,
der ein Mutterglied 34 aufnimmt, in dz,ssen Gewinde eine Schraube 35 eingedreht
ist. Der Kopf der Schraube liegt in dem Teller 24. Durch Verdrehen der Schraube
35 kann die Feder 23 mehr oder weniger vorgespannt werden.
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Der an das Bremsventil 19 angeschlossene Raum 18 wird nach
unten durch eine Biegehaut 36 begrenzt, die an ihrem Rand 37 zwischen dem Oberteil
2 und einem Mittelstück 38 des Ventils 1 eingespannt ist. Ein Mittelteil 39 der
Biegehaut ist am Ventilrohr 3 zwischen dem Kolben 17 und einem auf das Ventilrohr
3 aufgesetzten und von dem Mutterglied in seiner Stellung am Ventilrohr gehaltenen
Stützglied 40 festgespannt. Das Stützglied 40 hat einen Ringteil 41 und sechzehn
sternförmig angeordnete Rippen 42, die nach außen fast bis zu der Wand eines Zylinders
43 reichen, der im Mittelstück 38 vorgesehen ist und dessen Durchmesser dem des
Zylinders 14 im Oberteil 2 entspricht. Unterhalb des Stützgliedes 40 ist im Zylinder
43 ein Kolben 44 angeordnet, der einen Raum 45 nach oben begrenzt, der geradeso
wie der Raum 15' über dem Kolben 15 mit dem Bremszylinder 13 verbunden ist. Der
Kolben 44 ist mit einem Stellrohr 46 verschraubt und trägt auf seinem Rücken ein
zweites Stützglied 47 mit einem ringförmigen Kamm 47' mit sechzehn radial gerichteten
und zur Mitte sich verjüngenden Zungen, die den Rippen 42 einen freien Durchtritt
gestatten. Die dem Kolben 44 abgekehrten Seiten der Kammzungen 47' sind bei .48
buckelförmig erhaben ausgebildet. Die gleichgerichtete Oberseite der sternförmigen
Rippen 42 ist mit einer rinnenförmigen Aushöhlung 49 gleicher Größe versehen.
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Der Zylinder 43 wird durch eine Gehäusewand 50 begrenzt, die ein Durchgangsloch
51 für das Stellrohr 46 hat. Unterhalb dieser Wand 50 ist das Mittelstück zu einem
Zylinder 52 erweitert, dessen Durchmesser kleiner ist als der der Zylinder 14 und
43. Das Rohr 46 durchdringt diesen Zylinder 52 und ist in der Bohrung 53 eines Deckels
54 geführt, der den Zylinder 52 nach außen abschließt. Im Zylinder 52 ist ein Kolben
55 beweglich, der am'Rohr 46 derart befestigt ist, daß er wahlweise mit seiner Dichtlippe
55' nach oben oder unten in den Zylinder 52 eingebaut werden kann. Je nach Bedarf
führt ein unter dem Kolben 55 in einen Raum 56 mündender Deckelanschluß 57 zu einem
Lufffederbalg 58 des Fahrzeugs oder ein an einem Raum 59 über dem Kolben 55 liegender
Anschluß 60 zu einem Druckgeberventil 61, das abhängig von der Einfederung der Fahrzeugachse
62 verstellt wird und Druckluft aus einem nicht dargestellten Behälter in den Raum
59 einströmen läßt. Es liegt auf der Hand, daß meist nur einer der beiden erwähnten
Druckgeber, also entweder der Balgdruck in der Fahrzeugluftfederung oder der Geberdruck
des Geberventils benötigt wird. Der jeweils nicht benutzte Anschluß 57 oder 60 kann
offen bleiben.
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Das untere Ende des Stellrohres 46 ist bei 63 zu einer Schulter umgebogen.
Auf diese Schulter 63 ist eine Hülse 64 aufgesetzt, die eine schwächere Feder 65
derart aufnimmt, daß sie die Hülse um einen geringen Betrag überragt. Auf die oberste
Windung der Feder 65 ist eine Scheibe 66 aufgesetzt und auf diese wiederum eine
stärkere Feder 67. Oben auf der Feder 67 liegt ein Ring 68, der sich an einem in
das Stellrohr 46 eingesetzten Sprengring 69 abstützt. In dieses aus den beiden Federn
65 und 67 bestehende Federpaket ist eine hohle Stange 70 eingeschoben, deren unteres
Ende im Deckel 54 verschraubt ist. Die Hülse 64 sitzt auf einer Schulter 71 der
Hohlstange 70. Auf das obere Ende der Hohlstange 70 ist ein Sprengring 72 aufgeschoben,
der über dem Ring 68 angeordnet ist und an diesem anliegt. Da die Federn 65 und
67 vorgespannt sind, ist durch diese Maßnahme eine feste, nur durch Zusammendrücken
des Federpakets 65, 67 bewegliche Verbindung zwischen dem Stehrohr 46 und der Hohlstange
70 erreicht. Das Stellrohr 46, die Kolben 44 und 55 und das Stützglied 47 sind damit
am Deckel 54 federnd aufgehängt. Die zweite Feder 65 des Federpaketes 65, 67 ist
meist nur bei Fahrzeugen mit einer Zusatzfeder notwendig. Dabei ist die Feder 65
so ausgelegt, daß sie nur wirksam ist, solange die Haupttragfeder des Fahrzeugs
allein belastet wird. Ist aber die Fahrzeuglast so groß, daß auch die Zusatzfeder
des Fahrzeuges mit zur Arbeit herangezogen wird, so wird die Feder 65 durch Anlegen
des oberen Endes der Hülse 64 an d-*e Scheibe 66 kurzgeschlossen, und das Federpaket
65, 67 wird härter. Der Knickpunkt in der Federkennliiiie der Fahrzeugfeder muß
dabei mit dem
Kurzschließen der Feder 65 übereinstimmen. Innen in
die Hohlstange 70 ist ein verstellbarer, hohler Stopfen 73 eingesetzt, dessen innere
Stirnseite einer Feder 74 als Anlage dient. Das andere Ende der Feder 74 liegt am
Mutterglied 34 an und wirkt auf das Ventilrohr 3. Die Feder 74 wirkt als Voreilfeder
der Vorrichtung. Bei Bedarf kann an Stelle des Federpakets 65, 67 auch ein anderer
Federsatz treten. Das beschriebene Ventil wirkt wie folgt: Abhängig von der statischen
Achslast und von der insbesondere beim Bremsen wirksamen dynamischen Achslastverlagerung
wird das Stellrohr 46 und mit diesem das Stützglied 47 auf verschiedene Höhen eingestellt.
Dabei werden die Federn 65, 67 mehr oder weniger zusammengedrückt.
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Bei großer Achslast und bei dementsprechend hohem Druck in dem Balg
58 der Fahrzeugluftfederung bzw. bei Drucklosigkeit am Anschluß 60 vom Geberventil
61 her ist die gesamte Fläche der Biegehaut 36 von dem Buckel 48 der Kammzungen
47' des Stützgliedes 47 abgestützt.
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Wird nun gebremst, so gelangt ein Steuerdruck gewisser Höhe vom Bremsventil
19 in den Raum 18. Dieser Druck verschiebt den Kolben 17 nach oben. Er gleitet dabei
an der Wand des Zylinders 14 und dem Stellgliedventilrohr 3 entlang. Abhängig vom
Hebelverhältnis am Hebel 29 wird nach einem größeren Weg des Kolbens 17 die
am Sprengring 21 anliegende Scheibe 22 zwar mit kleinerem Weg aber mit größerer
Kraft nach oben bewegt und nimmt dann das Stellgliedventilrohr 3 mit. Durch diese
übersetzung wird das Schließglied 5 gegen den Vorratsdruck in dem Raum 9 schon bei
niedrigem Steuerdruck geöffnet und es strömt Druckluft aus dem Behälter 11 in den
Bremszylinder 13 ein. Der Druck im Bremszylinder ist auch im Raum 15' über dem Kolben
15 und im Raum 45 unter dem Kolben 44 wirksam. Der Druck im Raum 45 hält dem Druck
im Raum 18 auf die Biegehaut 36 etwa das Gleichgewicht. Der im Raum 15' wirksame
Druck verschiebt aber den Kolben 15 nach unten, bis er über die Scheibe 26 am Sprengring
21 anliegt. Dabei wird die Feder 23 zusammengedrückt. Nach Anlegen der Scheibe 26
am Sprengring 21 wirkt am Stellgliedventilrohr 3 eine Kraft nach unten und das Schließglied
gelangt wieder auf seinen Sitz.
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Ist die Achslast kleiner, so wird bei einem Fahrzeug mit herkömmlicher
Federung ein geringer Druck in den Raum 59 oder bei Verwendung einer Fahrzeug-Luftfederung
ein niedrigerer Druck in den Raum 56 eingesteuert. Dadurch ändert sich die Vorspannung
des Federpakets 65, 67 und das Stellrohr 46 nimmt zusammen mit dem Stützglied 47
eine tiefere Lage ein. Der Buckel 48 der Kammzungen 47' ragt dann nicht mehr vollständig
über die Rippen 42 des Stützgliedes 40 heraus, sondern er wird von dem Rand der
rinnenförmigen Aushöhlung 49 überragt.
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Wird nun gebremst und Steuerluft in den Raum 18 geschickt, so wird
vom Kolben 17 zunächst das Stellgliedventilrohr 3 verstellt und die Bremsung eingeleitet.
Da die Biegehaut jetzt mit ihrem äußeren, beweglichen Teil von dem Stützglied 40
abgefangen ist, wirkt ein Teil des auf sie ausgeübten Steuerdruckes auf dieses Stützglied
40. Dem anderen sich an dem Buckel 48 des Stützgliedes 47 abstützenden Teil des
Steuerdruckes wirkt der in dem Raum 45 wirksame Druck im Bremszylinder 13 entgegen.
Die am Stützglied 40 angreifende Teilkraft wirkt am Ventilrohr 3 und zieht dieses
schon bei niedrigerem, in den Bremszylinder 13 eingesteuertem Druck nach unten.
Dabei wirkt also am Ventilrohr 3 nicht nur die Kraft am Kolben 15, sondern auch
noch die auf das Stützglied 40 entfallende Teilkraft der Biegehaut 36. Durch diese
Maßnahme wird bei niedrigerer Achslast eine Teilbremskraft an dem Bremszylinder
13 erreicht.
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Bei leerem Fahrzeug schließlich ist der Druck im Raum 59 hoch bzw.
im Raum 56 niedrig. Infolge davon nimmt das Stellrohr 46 seine tiefste Stellung
ein und der Buckel 48 des Stützgliedes 47 verschwindet fast vollständig in den Rippen
42 des Stützgliedes 40. Die Biegehaut 36 liegt weitgehend in der rinnenförmigen
Aushöhlung 49 des Stützgliedes 40.
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Wird nun gebremst, so wirkt fast nur die auf Grund der Hebelübersetzung
des Hebels 29 größere Kraft nach oben auf das Stellgliedventilrohr 3 und das Schließglied
5 wird abgehoben. Der in den Bremszylinder 13 eingesteuerte Druck wirkt auch in
den Räumen15' und 45. Der Druck im Raum 15' braucht am Kolben 15 nur eine geringe
Kraft zu erzeugen, um gemeinsam mit der von der Biegehaut 36 auf das Stützglied
40 abgegebenen Kraft das Stellgliedventilrohr 3 wieder nach unten zu bewegen. Die
ebenfalls geringe Kraft am Kolben 44 hält dem noch auf das Stützglied 47 wirkenden
geringen Teil des Steuerdruckes das Gleichgewicht. Es wird deshalb nur ein verhältnismäßig
niedriger Bremsdruck erreicht.