DE19854540C2 - Druckhalteventil für Luftfederungssysteme und pneumatische Anlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckhalteventil für Luftfederungs­ systeme und pneumatische Anlagen mit jeweils mindestens einem in einem Gehäuse angeordneten pumpenseitigen Zu- und verbrau­ cherseitigen Ablauf, wobei innerhalb des Gehäuses die Zu- und Abläufe vor derselben Seite eines Ventilglieds enden.

Aus der Druckschrift DE 44 38 192 C2 ist ein derartiges Druckhalteventil bekannt. Ein Druckhalteventil hat die Funk­ tion, den Druck in einem Verbraucher, der in der Regel perma­ nent an einem Druckspeicher oder einer Pumpe bzw. einem Kom­ pressor angeschlossen ist, nach einem Abschalten der Pumpe, ei­ nem Entlasten des Druckspeichers oder beim Trennen des Verbrau­ chers von derartigen Anlagen auf einem vorgegebenen Restdruck zu halten. Das bekannte Druckhalteventil hat zumindest ab­ schnittsweise den Aufbau eines Fahrradschlauchventils. Ein mit der Pumpe verbundener Zulauf endet im Mantel eines Ventilroh­ res, wobei das Ventilrohr im Mantelbereich mit einem elasti­ schen Gummischlauch ummantelt ist. Im Gegensatz zum Fahrrad­ schlauchventil ist der Ablauf zum Verbraucher symmetrisch zum Zulauf gestaltet. Auch ist der Gummischlauch an beiden Enden auf dem Ventilrohr gasdicht fixiert. Wird der Gummischlauch durch den Pumpen- oder Verbraucherdruck aufgebläht, ist das Ventil geöffnet. Die Offenstellung eines Druckhalteventils ist insbesondere bei pneumatischen Fahrzeugfederungen der Regelzu­ stand. Folglich befindet sich der als Ventilglied wirkende Gum­ mischlauch ständig in gedehntem Zustand, so daß beim Schließen des Ventils der Gummischlauch nicht mehr die für eine ausrei­ chende Dichtigkeit notwendige Elastizität hat.

Ferner ist aus der Druckschrift JP 3-66 984 (A) ein Membran­ ventil bekannt, bei dem auf einer Membranseite der Zu- und Ab­ lauf anliegen. Die hier verwendete Membrane ist in der Gestalt der Schließstellung gefertigt.

Ein Drosselventil in Membranbauweise mit einer durchströmbaren Zentralbohrung ist aus der GB 2 308 424 bekannt. Bei diesem Gegenstand ist die Membrane, die ohne mindestes ein zweites Ventilglied keine Schließfunktion hat, in der Gestalt der Of­ fenstellung hergestellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Ven­ tilglied für ein Druckhalteventil zu entwickeln, das in Schließstellung eine einwandfreie Dichtfunktion gewährleistet. Dabei soll das Ventil aus möglichst wenigen beweglichen Teilen bestehen und wartungsfrei sein.

Das Problem wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dazu ist das Ventilglied des Druckhalteventils eine Membrane mit Sitzgliedfunktion, wobei eine Ventilfeder unterhalb eines Haltedrucks die Membrane in Schließstellung hält. Die Membrane hat eine zentrale Bohrung. An ihrem äußeren und inneren Rand ist sie zwischen mindestens zwei Gehäuseteilen ortsfest fi­ xiert. Ein Membranbereich zwischen den Rändern übernimmt die Funktion eines Ventilsitzgegenstückes, auf dessen Rückseite die Ventilfeder wirkt. Die Membrane ist in der Gestalt gefertigt, die der Offenstellung innerhalb des Ventils entspricht.

Die Membrane kann beispielsweise eine ebene, plane Lochscheibe aus einem gummielastischen Material sein, die bei einem mit Be­ triebsdruck beaufschlagten Haltedruckventil innerhalb des Ven­ tils die Gestalt annimmt, die sie bei der Herstellung erhielt. Erst wenn sich im verbraucherseitigen Ablauf der Haltedruck einstellt, wird die Membrane beim Schließen des Ventils verformt bzw. verspannt.

Die plane Membrane kann z. B. zur Erhöhung der Flexibilität und/oder der Dichtfunktion eine oder mehrere konzentrische Sicken auf einer oder beiden Seiten haben.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:

Fig. 1: Schnitt durch ein Druckhalteventil in geöffnetem Betriebszustand;

Fig. 2: Schnitt durch ein Druckhalteventil in geschlossenem Betriebszustand.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Druckventil in Sitzbau­ weise hat sieben Bauteile. Das sind im einzelnen drei Gehäuse­ teile (11, 31, 45), ein Ventilglied (51), eine Ventilfeder (43) mit ihrem Federführungselement (41) und ggf. ein Entlastungs­ schließglied (44).

Die Gehäuseteile (11, 31) sind im wesentlichen Drehteile. Das pumpenseitige Gehäuseteil (11) ist ein rohrartiges Bauteil mit gestufter Außenkontur, jedoch ohne zentrale Durchgangsbohrung.

Es hat von der Außenseite her eine zentrale Stufenbohrung (12), die den Zulauf bildet. Letztere ist in drei Abschnitte aufge­ teilt. Von außen her gesehen hat der erste Abschnitt ein Innen­ gewinde (13) zur Befestigung einer pumpenseitigen Druckluftlei­ tung am Gehäuseteil (11). Der nächste Abschnitt ist eine Ein­ drehung (14), die die hinteren Enden von mehreren achsparalle­ len Zuströmbohrungen (17) schneidet. Der letzte Abschnitt ist eine Sacklochbohrung (15).

Von der Gehäuseinnenseite her hat das Gehäuseteil (11) eine in­ nenseitige Stufenbohrung (22). Der erste Abschnitt ist im vor­ deren Bereich mit einem Innengewinde (23) versehenen. Der zweite Abschnitt ist eine Vertiefung (24) mit planem Boden. Zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt ist eine Zwischen­ stirnfläche (25) angeordnet, in der sich ein Ringkanal (18) befindet. Im Ringkanal (18) enden die von der Gehäuseinnenseite her gebohrten Zuströmbohrungen (17). Der Übergang zwischen der Vertiefung (24) und dem Ringkanal (18) ist - im Querschnitt betrachtet - beispielsweise halbkreisförmig abgerundet und bil­ det einen Ventilsitz (19) aus.

Das verbraucherseitige Gehäuseteil (31) hat eine gestufte Au­ ßenkontur mit einem außenseitigen kegeligen Abschnitt, der ein Kegelgewinde (32) zur druckdichten Befestigung am Verbraucher, z. B. einem Luftfederbalg, oder einer davor liegenden Armatur hat. Im zweiten äußeren Abschnitt ist es mit einem Außenge­ winde (33) versehen. Zwischen den Gewinden (32) und (33) befin­ det sich in der Außenkontur eine Eindrehung (34), in der ggf. ein ringförmiges, gummielastisches Entlastungsschließglied (44) als schmutzabweisender Gummiring liegt.

An der gehäuseinnenseitige Stirnfläche ist in das Gehäuse­ teil (31) eine Ringnut (35) eingearbeitet, die die Ventilfe­ der (43) und einen Membranstützring (41) aufnimmt. Die Ringnut (35) steht über mindestens eine Querbohrung (36) mit der außenseitigen Eindrehung (34) pneumatisch in Wirkverbindung. Das Gehäuseteil (31) hat eine zentrale Durchgangsbohrung (38), die den Ventilablauf darstellt.

Das verbraucherseitigen Gehäuseteil (31) ist über das Außenge­ winde (33) im Innengewinde (23) des pumpenseitigen Gehäuse­ teils (11) fixiert. Zwischen beiden Gehäuseteilen (11, 31), die beispielsweise aus Aluminiumdruckguß hergestellt sind, ist die als Ventilglied wirkende Membrane (51) eingespannt. Die Mem­ brane (51), die beispielsweise aus Gummi gefertigt ist, wird in der Form vulkanisiert, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Diese Form nimmt sie nahezu über ihre gesamte Gebrauchsdauer ein.

Die Membrane (51) hat global die Form einer Lochscheibe. Ihr Außendurchmesser entspricht hierbei ca. dem Nenndurchmesser des Innengewindes (23), während ihr Innendurchmesser dem Durchmes­ ser der Durchgangsbohrung (38) entspricht. Die Membrane (51) hat an ihrem äußeren (52) und inneren Rand (54) jeweils einen Dichtwulst (53, 55). Der äußere Dichtwulst (53) ist zwischen der gehäuseinnenseitigen Stirnfläche und der Zwischenstirnflä­ che (25) eingespannt. Dabei ist zur Verbesserung des Membran­ sitzes am äußeren Rand der Zwischenstirnfläche (25) ein Ein­ stich (26) ausgebildet. Die gehäuseinnenseitige Stirnfläche des Gehäuseteils (31) weist eine umlaufende Sicke (37) auf.

Die Membrane (51) sitzt über ihre zentrale Bohrung auf einem Zwischenstück (45). Das Zwischenstück (45) ist ein rohrförmiges Bauteil, das an dem am pumpenseitigen Gehäuseteil (11) anlie­ genden Ende einen Flansch (46) trägt, der mit mindestens einer Quernut (47), Querbohrung oder dergleichen ausgestattet ist. Die Quernut (47) verbindet die Außenkontur mit der zentralen Durchgangsbohrung (38). Das Zwischenstück (45), das beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt ist, ist mit aufgeschobe­ ner Membrane (51) in die Durchgangsbohrung (38) des Gehäuse­ teils (31) eingesteckt. Der innere Dichtwulst (55) der Mem­ brane (51) liegt axial am Flansch (46) des Zwischenstücks (45) an. Der Flansch (46) hat zur Verbesserung des Dichtsitzes und der Lagefixierung am Übergang zu der in der Durchgangsboh­ rung (38) anliegenden Außenkontur des Zwischenstücks (45) einen Einstich.

Beide Dichtwülste (53, 55) stehen im montierten Zustand über die reguläre, tellerfederförmig gekrümmte Membrantellerflä­ che (58, 59) auf der pumpenseitigen Gehäuseseite um ca. 1 mm über. Dadurch legen sich die Dichtwülste (53, 55) beim Belasten durch Druckluft nach dem Prinzip der Selbsthilfe am pumpensei­ tigen Gehäuseteil (11) und am Zwischenstück (45) radial an.

Die Membrane (51) hat zwischen der äußeren (58) und inneren Membrantellerfläche (59) eine mittlere Dichtwulst (56). Die Dichtwulst (56) hat beispielsweise einen quadratischen Quer­ schnitt. Zum pumpenseitigen Gehäuseteil (11) hin hat sie eine Dichtsicke (57), die unmittelbar gegenüber dem Ventilsitz (19) angeordnet ist und dessen komplementäre Form hat. Die Dicht­ wulst (56) bildet das Ventilsitzgegenstück.

Der auf der Rückseite der Membrane (51) liegende Teil der mitt­ leren Dichtwulst (56) liegt auf einem Membranstützring (41) auf. Letzterer ist ein rohrförmiges Bauteil mit zylindrischer Außenkontur und zentraler Stufenbohrung. Die Stufenbohrung hat im Bereich des Dichtwulstes (56) eine Schulter, auf der die Ventilfeder (43) aufliegt. Die Ventilfeder (43) stützt sich im Grund der Ringnut (35) ab. Die zur Pumpenseite orientierte Stirnseite des Membranstützringes (41) weist eine Ringnut (42) auf, die der ihr zugewandten Kontur der mittleren Dicht­ wulst (56) entspricht. Durch die formschlüssige Verbindung zwischen beiden Teilen (42, 56) zentriert die Membrane (51) den Membranstützring (41) in der Ringnut (35).

Das Druckhalteventil sitzt beispielsweise unmittelbar am tra­ genden Teil eines Federbalges. Über das Ventil ist der Feder­ balg mit dem Druckluftkompressor verbunden. Nach der Erstmon­ tage des Federbalgs wird der Federbalg über das Ventil mit Druckluft vorbefüllt. Die Druckluft strömt - wie bei einem im Fahrzeug integrierten Federbalg - vom Kompressor über den Zu­ lauf bzw. die Stufenbohrung (12), vgl. Fig. 2, in des Ventil hinein. In der Stufenbohrung (12) gelangt die Druckluft über den Eindrehung (14) und die Zuströmbohrungen (17) in den Ring­ kanal (18). Die Membrane (51) des noch geschlossenen Ventils liegt während des Druckaufbaus unter der Krafteinwirkung der Ventilfeder (43) mit dem Ventilsitzgegenstück (56) auf dem Ven­ tilsitz (19) auf. Da im Ausführungsbeispiel die äußere Membran­ tellerfläche (58) größer ist als die innere (59), öffnet das Ventil noch unterhalb des minimalen Haltedrucks. Die Mem­ brane (51) wölbt sich in Richtung Ablauf und das Ventilsitz­ gegenstück (56) hebt vom Ventilsitz (19) ab, vgl. Fig. 1. Der Membranstützring (41) setzt sich bei gespannter Ventilfe­ der (42) auf den Grund der Ringnut (35), so daß die Mem­ brane (51) eine stabile Position einnimmt. Über die Vertie­ fung (24) gelangt die Druckluft in die Quernut (47) und von dort über die zentrale Durchgangsbohrung (38) in den Federbalg.

Der durch den Öffnungshub in der Ringnut (35) entstehende Über­ druck entweicht über die Querbohrungen (36) in die Umgebungs­ luft. Sobald ein sog. Resthaltedruck erreicht ist, wird die Druckluftzufuhr gestoppt. Der Federbalg wird gelagert oder in ein Fahrzeug eingebaut. Im zweiten Fall wird der unter Resthal­ tedruck stehende Federbalg nach dem Einbau auf Betriebsdruck aufgepumpt. Von nun ab ist das Ventil in der Regel bis zur nächsten Reparatur oder Wartung immer geöffnet, da der Be­ triebsdruck stets höher ist als der Resthaltedruck. Die Mem­ brane (51) nimmt die Form ein, in der sie - sofern sie aus Gummi ist - auch vulkanisiert ist. Folglich wird die Mem­ brane (51) durch die Druckbelastung nicht überdehnt. Ihr Alte­ rungsprozess ist verlangsamt. Das hat zur Folge, daß bei einem pumpenseitigen Druckabfall - auch nach mehreren Betriebsjahren - das Haltedruckventil durch das Aufliegen des Ventilsitzgegen­ stückes (56) auf den Ventilsitz (19) gasdicht schließt.

Der Zu- und der Ablauf des Ventils kann gegenüber den Fig. 1 und 2 beliebig verändert werden. Statt der Schraubanschlüsse können auch Klemmanschlüsse, Quetschschlüsse oder dergleichen verwendet werden. Auch kann das Gehäuse z. B. als Patronenventil über die gesamte Länge zylindrisch ausgebildet sein, und wie ein Stopfen in einem Zuleitungsrohr, einer Bohrung oder einem Schlauch dicht eingesteckt und ggf. verklemmt sein.

Bezugszeichenliste

11

Gehäuseteil, pumpenseitig

12

Stufenbohrung, außenseitig; Zulauf

13

Innengewinde

14

Eindrehung

15

Sacklochbohrung

17

Zuströmbohrungen

18

Ringkanal

19

Ventilsitz

22

Stufenbohrung, innenseitig

23

Innengewinde

24

Vertiefung

25

Zwischenstirnfläche

26

Einstich

27

Ringkanal

28

Ventilsitz

31

Gehäuseteil, verbraucherseitig

32

Kegelgewinde

33

Außengewinde

34

Eindrehung

35

Ringnut

36

Querbohrungen

37

Sicke

38

Durchgangsbohrung, zentral; Ablauf

41

Membranstützring, Federführungselement

42

Ringnut

43

Ventilfeder, Schraubenfeder

44

Gummiring, Entlastungsschließglied

45

Zwischenstück, Gehäuseteil

46

Flansch

47

Quernut

51

Membrane, Ventilglied

52

Rand, außen

53

Dichtwulst, außen

54

Rand, innen

55

Dichtwulst, innen

56

Ventilsitzgegenstück; Dichtwulst, Mitte mittlerer Membranbereich

57

Dichtsicke

58

Membrantellerfläche, außen

59

Membrantellerfläche, innen

Claims (6)

1. Druckhalteventil für Luftfederungssysteme und pneumatische Anlagen mit jeweils mindestens einem in einem Gehäuse (11, 31) angeordneten pumpenseitigen Zu- und verbraucherseitigen Ablauf,

• - wobei innerhalb des Gehäuses (11, 31) die Zu- und Abläufe vor derselben Seite eines Ventilglieds (51) enden,
• - wobei das Ventilglied (51) eine Membrane mit Sitzgliedfunk­ tion ist und eine Ventilfeder (43) unterhalb eines Halte­ drucks die Membrane (51) in Schließstellung hält,
• - wobei die Membrane (51) eine zentrale Bohrung aufweist und an ihrem äußeren (52) und inneren Rand (54) zwischen minde­ stens zwei Gehäuseteilen (11, 31, 45) ortsfest fixiert ist,
• - wobei ein Membranbereich (56) zwischen den Rändern (52, 54) die Funktion eines Ventilsitzgegenstückes (56) übernimmt, auf dessen Rückseite die Ventilfeder (43) wirkt und
• - wobei die Membrane (51) in der Gestalt gefertigt ist, die sie in der Offenstellung innerhalb des Ventils einnimmt.

2. Druckhalteventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (51) mindestens im Bereich der Ränder (52, 45) Dichtwülste (53, 55) aufweist.

3. Druckhalteventil gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der druckbelasteten Membranseite die an die Tellerflä­ chen (58, 59) der Membrane (51) anschließenden Dichtwülste (53, 55) annähernd zylindrische Ringe sind.

4. Druckhalteventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung der Membrane (51) die Gehäuseteile (11, 31, 45) im Bereich der Membranränder (52, 54) Sicken (37) oder Ein­ stiche (26) haben.

5. Druckhalteventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen den Rändern (52, 54) der Membrane (51) der Querschnitt zur Bildung eines Ventilsitzgegenstückes (56) verstärkt ist, wobei auf diese Verstärkung auch die Ventilfeder (42) wirkt.

6. Druckhalteventil gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfeder (43) über einen Membranstützring (41) auf die Membrane (51) wirkt, wobei die zumindest bereichsweise kon­ kave Kontur (42) des Membranstützringes (41) der Membrankontur im Bereich der Rückseite des Ventilsitzgegenstückes (56) ange­ paßt ist.