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Druckregeleinrichtung für Druckluftbehälter, insbesondere in Kraftfahrzeug-Bremsanlagen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckregeleinrichtung für Druckluftbehälter,
insbesondere in Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem die Druckluftzufuhr zum Behälter
steuernden, von einem Antriebsglied beeinflußten Abschaltventil, das von einem ventilseitigen
Ende einer mit dem Antriebsglied verbundenen hohlen Stößelstange und von einem mit
diesem zusammenwirkenden Ventilschließglied gebildet wird.
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Ein derartiger Druckregler ist beispielsweise durch die britische
Patentschrift 935 567 bekannt. Er ist mit einem Doppelsitzventil ausgerüstet, wobei
die beiden Ventilsitze konzentrisch ineinanderliegen. Durch diese Bauweise ist es
unmöglich, zum Erreichen eines niedrigen Flächendruckes am Ventilschließglied eine
schwache Ventilfeder zu verwenden, da die Gegenseite des Ventilschließgliedes mit
einer verhältnismäßig großen Wirkfläche der Druckmitteleinwi.rkung ausgesetzt ist.
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Es hat sich gezeigt, daß bei solchen D,ruckregeleinrichten verwendete
Dichtungen durch zu hohe Flächenpressung nach kurzem Gebrauch bereits bleibende
ringförmige Eindrücke aufweisen, die von ihrem Ventilsitz stammen. Solange eine
derartige Dichtung gegenüber ihrem Ventilsitz die gleiche Mittenlage beibehält,
ist eine solche bleibende Verformung nicht besonders schädlich. Sie wirkt sich nur
dadurch aus, daß sich der Abschaltdruck ändert und die Hysterese größer wird. Nimmt
aber die Dichtung infolge irgendeines äußeren Einflusses, z. B. eines Schlages oder
Stoßes, eine andere Lage zu ihrem Ventilsitz ein, so schließt das Ventil nicht mehr.
Diese Erscheinung tritt besonders bei Druckregeleinrichtungen von Fahrzeug-Druckluftbremsanlagen
auf. Eine weitere Erschwerung bringen noch die Anlagen mit sich, bei denen mit einem
verhältnismäßig hohen Behälterdruck gearbeitet wird. So wurden in der letzten Zeit
die Behälterdrücke wiederholt erhöht, um eine höhere Bremskraft zur Verfügung zu
haben. Ein Behälterdruck von 25 atü ist keine Seltenheit mehr, und es wird zur Zeit
an eine bei etwa 40 atü liegende obere Grenze des Vorratsdruckes gedacht. Derartig
hohen Drücken unterliegende Ventile haben aber nur eine kurze Lebensdauer.
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Es ist zwar ebenfalls bereits bekannt, den elastischen Dichtungen
von Hahnventilen eine große Anlagefläche zu geben, wie beispielsweise die französische
Patentschrift 1329 688 zeigt. Diese Maßnahme würde aber beim bekannten Druckregler
nicht zu dem gewünschten Erfolg führen, weil dann auch die vom Behälterdruck beaufschlagte
Fläche größer wird und die Ventilfeder stärker gemacht werden muß. Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckregeleinrichtung zu schaffen, bei der die
Ventilschließglieder des Abschalt- und des Auslaßventils von dem hohen Betätigungsdruck
entlastet sind und nur dem Dichtdruck unterliegen, um eine verhältnismäßig schwache
Ventilfeder verwenden zu können, die nur eine geringe Flächenpressung bewirkt.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zu dem Abschaltventil
ein Auslaßventil mit eigenem Schließglied in an sich bekannter Weise gleichachsig
angeordnet ist, daß die mit einer Auflage aus nachgiebigem Material versehenen Ventilschließglieder
der beiden Ventile über einen zu dem Ventilsitz des Auslaßventils führenden Kanal
mechanisch miteinander in Verbindung stehen und daß die Mündung des Kanals etwa
so eng ist wie die eines in den Ventilsitz mündenden Kanals in der hohlen Stößelstange.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
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Eine Druckregeleinrichtung ist in ein im wesentlichen zylindrisches
Gehäuse 1 eingebaut, das auf seiner oberen Seite mit einem Deckel 2 verschlossen
ist. Der Deckel 2 ist durch vier Schrauben 3 am Gehäuse 1 gehalten und ragt mit
einem Zentrieransatz 4 passend in eine Gehäusebohrung 5 hinein. Gegenüber der Wand
der Bohrung 5 ist er mit einer in den Mantel des Ansatzes 4 eingelegten O-Ringdichtung
6 abgedichtet. Der Deckel 2 besitzt einen mittig angeordneten Zapfen 7, der in die
Gehäusebohrung 5 hineinragt. Auf eine den Zapfen 7 mit dem Zentrieransatz 4 verbindende
Schulter 8 sind mehrere Distanzringe 9 aufgelegt, die von einer in der Bohrung 5
angeordneten Feder 10 nach oben gedrückt werden. Das andere Ende der Feder 10 liegt
in einem Federteller 11, dessen äußerer Rand 12 abgewinkelt ist und auf einem in
die Wand der Bohrung 5 eingesetzten Sprengring 13 aufliegt. Unter dem Sprengring
13
liegt ein Zwischenring 14, der einem Außenteil 15 einer Ringmanschette
16 als Anlage dient. Der feststehende Außenteil 15 der Ringmanschette 16 besitzt
eine äußere Dichtlippe 17, mit der er an der Wand der Gehäusebohrung 5 fest anliegt.
Eine innere Dichtlippe 18 der Ringmanschette 16 umfaßt ein Ende 19 einer Stößelstange
20 und ist an dieser gemeinsam mit dem Federteller 11 durch einen Sprengring
21 festgehalten. Die an der Stößelstange 20 anliegende Dichtlippe 18 ist
mit der Stößelstange 20 und dem Federteller 11 gemeinsam mit einem membranartigen
Mittelteil 23 der Ringmanschette 16 in dem Gehäuse 1 der Druckregeleinrichtung beweglich.
Der Mittelteil 23 der Ringmanschette 16 bildet das Antriebsglied der Druckregeleinrichtung.
Beide Dichtlippen 17 und 18 der Ringmanschette 16 sind einer Gehäuseschulter 24
zugekehrt, die von der Gehäusebohrung 5 zu einer engeren Gehäusebohrung 25 überleitet.
Die Wand dieser Bohrung 25 wird von einem Kanal 26 angeschnitten, der zu einem Anschluß
27 führt. Dieser wiederum ist über eine Leitung 28 mit einem Druckluftbehälter 29
verbunden.
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Eine Schulter 30 begrenzt die Gehäusebohrung 25 nach unten und dient
einer mit ihren Dichtlippen nach oben gerichteten Ringmanschette 31 als Anlage.
Ein zwischen den Ringmanschetten 16 und 31 liegender und mit dem Anschluß 27 in
Verbindung stehender Vorratsdruckraum trägt die Bezugszahl 32.
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Die Stößelstange 20 ragt mit einem verdickten Ende 33 in eine
an die Bohrung 25 anschließende, auf einen kleineren Durchmesser abgesetzte Gehäusebohrung
34 hinein und läßt gegenüber der Bohrung 34 einen engen Luftspalt 35 frei. Im Bereich
über dem verdickten Ende 33 geht von der Gehäusebohrung 34 ein zu einem Anschluß
36 führender Kanal 37 ab. Eine Leitung 38 führt zu einer Abschalteinrichtung für
die Luftzufuhr zum Behälter 29, z. B. zu einem Schaltkolben 39 eines Leerlaufventils
eines Luftverdichters.
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An seiner Unterseite trägt das verdickte Ende 33 der Stößelstange
20 einen Ventilsitz 40. Die Stößelstange 20 besitzt eine axial gerichtete mittige
Bohrung 41, die vom Ventilsitz 40 ausgehend über zwei radiale Bohrungsabschnitte
42 im Bereich des Vorratsdruckraumes 32 mündet. In einer weiteren Bohrungsverengung
43 des Gehäuses 1 sind Stiftansätze 44 und 45 zweier Ventilschließglieder 46 und
47 angeordnet, die mit je einer scheibenförmigen Dichtung 48 und 49 aus hartem Gummi
od. dgl. bewehrt sind. Das Ventilschließglied 46 arbeitet mit dem Ventilsitz
40 an der Stößelstange 20 zusammen und ragt zur besseren Führung mit
einem Stiftstück 50 in die Stößelstangenbohrung 41 hinein. Zwischen den Mänteln
der Stiftansätze 44 und 45 und der Wand der verengten Bohrung 43 ist genügend Spiel
für ungedrosselten Luftdurchgang.
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Nach unten schließt die Bohrung 43 mit einem Ventilsitz 51 für das
Ventilschließglied 47 ab. Die Ventilschließglieder 46 und 47 haben den gleichen
Durchmesser, ebenso wie die Ventilsitze 40 und 51.
Der Ventilsitz 51
bildet eine obere radiale Begrenzungswand eines Gehäuseraumes 52, in dem das Ventilschließglied
47 angeordnet ist. Auf einen Zapfen 53 des Ventilschließgliedes ist eine Feder 54
aufgesetzt, die das Ventilschließglied 47 nach oben drückt. Das andere Ende der
Feder 54 liegt in einer Höhlung 55 eines Gewindestopfens 56, der den Raum 52 nach
unten abschließt. Von dem Gehäuseraum 52 geht ein Kanal 57 ab, der zur Außenluft
führt. Das Ventilschließglied 46 und der Ventilsitz 40 bilden zusammen des Abschaltventil
und das Ventilschließglied 47 und der Ventilsitz 51 das Auslaßventil
der Druckregeleinrichtung.
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Die beschriebene Druckregeleinrichtung wirkt wie folgt: Ist der Behälter
29 ohne Druck, so ist der Vorratsdruckraum 32 ebenfalls drucklos, und alle Teile
der Druckregeleinrichtung nehmen die in der Zeichnung dargestellte Lage ein. Die
starke Feder 10 hat den Federteller 11 derart nach unten gedrückt, daß sein
Rand 12 am Sprengring 13 anliegt und der Mittelteil 23 der Ringmanschette
16 nach unten durchgebogen ist. Die mit dem Federteller 11 und mit dem Mittelteil
23 der Ringmanschette 16 fest verbundene Stößelstange 20 befindet sich ebenfalls
in ihrer unieren Endstellung, in der die Feder 54 über das Ventilschließglied 47
mit seinem Stiftansatz 45 und über den Stiftansatz 44 das Ventilschließglied 46
dichtend gegen seinen Sitz 40 am unteren Ende der Stößelstange 20 drückt.
Das Abschaltventil 40/46 ist also geschlossen, und das Auslaßventil 47/51
ist geöffnet. Infolgedessen herrscht vom Raum 52 her über die Bohrung 43, den Drosselspalt
35, den Kanal 37, den Anschluß 36 und die Leitung 38 unter dem Schaltkolben 39 des
Leerlaufventils Außenluftdruck.
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Beginnt sich nach dem Anlaufen des Verdichters ein Druck im Behälter
29 aufzubauen, so wirkt dieser Druck über die Leitung 28, den Anschluß 27, den Kanal
26 auch im Vorratsdruckraum 32 zwischen den beiden Ringmanschetten 16 und 31. Solange
das Abschaltventil 40/46 noch geschlossen ist, herrscht an seiner kleinen, von der
Bontang 41 abgedeckten Fläche der hohe Behälterdruck von z. B. maximal 25 atü, der
über die mit ihren Stiftansätzen 44 und 45 aneinanderliegenden Ventilschließglieder
46 und 47 von der verhältnismäßig schwachen Ventilfeder 54 aber aufgenommen wird,
ohne daß sie nachgibt, weil die nach unten gerichtete Kraft an den Ventilschließgliedern
46 und 47 wegen der kleinen wirksamen Fläche der Bohrung 41 gering
ist. Die Dichtung 48 unterliegt also nur dem Dichtdruck der Ventilfeder
54.
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Wenn im Behälter 29 der obere Grenzdruck von beispielsweise 25 atü
überschritten wird, überwiegt dann an dem Membranmittelteil 23 der Ringmanschette
16 gegenüber der durch Beilegen von einer mehr oder weniger großen Anzahl von Distanzscheiben
9 erreichten Spannkraft der starken Feder 10 eine nach oben gerichtete Kraft, die
den mbranartigen Mittelteil 23 nach oben durchbiegt und den Federteller 11
anhebt. Die Stößelstange 20 macht diese Bewegung mit, und es folgen ihr die Schließglieder
46 und 47 des Abschalt- und des Auslaßventils nach.
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Zuerst legt sich das Auslaßventil 47/51 auf seinen Ventilsitz 51 und
schließt die Außenluftverbindung 57 ab. Die Dichtkraft der Feder 54 überträgt sich
jetzt auf das Ventilschließglied 47. Von der nach oben gerichteten Federkraft befreit
überwiegt nun die auf Grund des in der Bohrung 41 hermhenden Druckes von mehr als
25 atü an dem Ventädsehließglied 46 nach unten wirkende Kraft und öffnet das Abschaltventil
40/46. Gleich nach COffnungsbeglnn baut sich unter dem verdickten Stößelstangenendz
33 ein Druck auf, weil die Druckluft über den zwischen der Gehäusebohrung 34 und
dem verdickten Stößel-
Stangenende 33 liegenden Drosselspalt 35
nicht schnell genug abfließen kann. Dies hat zur Folge, daß das Abschaltventil 40/46
schnell und sicher vollständig geöffnet wird und eine Ventilzwischenstellung nicht
möglich ist. Dadurch wird ein exaktes Schalten der Druckregeleinrichtung erreicht.
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Über den Kanal 37, den Anschluß 36 und die Leitung 38 strömt die Druckluft
zum Schaltkolben 39 des Leerlaufventils des Verdichters. Nach dem Umstellen des
Schaltkolbens 39 fördert der Verdichter ins Freie, und der Druck im Behälter 29
steigt nicht weiter an.
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Sollte aber aus irgendeinem Grund im Leitungssystem doch einmal ein
höherer Druck entstehen als der durch die Feder 10 eingestellte, so wird nach einer
weiteren Drucksteigerung von etwa 2 atü, also z. B. bei 25 -1- 2 = 27 atü, die Kraft
der Ventilfeder 54 überwunden, das Auslaßventil47/51 öffnet, und der Drucküberschuß
strömt zur Außenluft ab. Auf diese Weise wirkt also das Auslaßventil 47/51 gleichzeitig
als Sicherheitsventil, und die Ventilfeder 54 muß auf diesen Druck von z. B. 27
atü eingestellt sein. Selbstverständlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung,
die Ringmanschetten 16 mit dem membranartigen Mittelteil 23 durch einen Metall-Faltenbalg
zu ersetzen, in dessen Hohlraum die Feder 10 angeordnet werden könnte. Die
Stößelstange 20 müßte dann an der unteren radialen Begrenzungswand des Faltenbalges
befestigt und der Behälterdruck müßte an der Außenwand des Faltenbalges wirksam
sein.