DE2004227A1

DE2004227A1 - Membrankolben

Info

Publication number: DE2004227A1
Application number: DE19702004227
Authority: DE
Inventors: Adolf Ablitzka
Original assignee: KNORR BREMSE GmbH; Knorr Bremse AG
Current assignee: KNORR BREMSE GmbH; Knorr Bremse AG
Priority date: 1970-01-30
Filing date: 1970-01-30
Publication date: 1971-08-26
Also published as: DE2004227B2; FR2077139A5; GB1327526A

Description

München, den 14.1.1970 P-Dr.Pd/-Wö -908-

KNOER-BREMSE GmbH, 8 München' 1.3, ■ Moosacher Str.

Membrankolben

Die Erfindung betrifft einen Membrankolben mit einem im. Zylindergehäuse verschieblichen Kolben konstanter Fläche und einer im Gehäuse festen Membran mit veränderlich wirksamer Fläche.

Es kann sich beispielsweise mit Vorteil um einen Membrankolben handeln zur Steuerung eines einen Doppelventilkörper enthaltenden Bremskraftreglers einer pneumatischen -Bremsanlage für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge mit einem Kolben konstanter wirksamer Druckfläche und einer Membran in Verbindung mit dem Kolben veränderlich wirksamer Druckfläche, wobei der durch Druckunterschiede bewegbare Kolben und die durchbiegsame Membran dem Druck im Bremszylinder und dem vom Fahrer eingesteuerten Druck ausgesetzt sind.

Durch die deutsche Patentschrift 639 201 ist ein Membrankolben der eingangs genannten Art 'bekannt geworden, der als konischer Välzhautkolben ausgeführt und in einem konischen Gehäuse untergebracht ist. Aufgrund der mangelnden Abstützung des Wälzhautkolbens ergaben sich bei einer solchen Ausbildung erhebliche technische Schwierigkeiten. .

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Durch die deutsche Patentschrift 1 2J1 584 ist ein Membrankolben der eingangs genannten Art mit einer ringförmigen Membran bekannt geworden, die sich einerseits teilweise oder ganz auf Anlageflächen von mit dem Gehäuse verbundenen radialen Bippen und andererseits teilweise oder ganz auf zwischen die gehäusefesten radialen Rippen greifenden radialen Rippen am Kolben anzulegen vermag.

Um möglichst günstige Auflagebedingungen für die ringförmige Membran zu erhalten, muß in nachteiliger Weise der Außendurchmesser des Kolbens möglichst groß gewählt werden, da mit kleiner werdenden Kolbenaußendurchmesser in den äußeren Plächenbereichen der radialen Kolbenrippen bzw. in den inneren Flächenbereichen der radialen Gehäuserippen die Membranauflage immer ungünstiger wird.

Aufgabe der Erfindung ist es einen Membrankolben der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der eine v/esentlich günstigere Membranauflage ermöglicht, womit vor allem eine größere Lebensdauer verbunden ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in der V/eise gelöst, daß die Membran mit einer durchgehenden Membranfläche sich in der einen Kolbenendlage nur gegen Anlageflächen von mit dem Kolben verbundenen parallelen Rippen und in der entgegengesetzten anderen Kolbendenlage nur teilweise an den Anlageflächen der Rippen und teilweise an Anlageflächen von gehäusefesten

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parallelen Gitterstaben anlegt.

Vorteilhafte Ausführungen nach der Erfindung können den weiteren Ansprüchen 2 bis 5 entnommen werden.

Der erfindungsgemäße Membrankolben läßt sich mit besonderem Vorteil in einer Br em skr-aft anlage für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art verwenden.

. Durch die schon genannte deutsche Patentschrift 1 231 584- ist eine derartige Bremskraftanlage mit einem Membrankolben der eingangs genannten Art bekannt geworden. Hierbei ist ein Doppelventilkörper vorgesehen, wobei ein erster Ventilsitz zusammen mit dem einen Ventilkörper ein Auslaßventil bildet und dessen Lage in dem Ventilgehäuse willkürlich oder selbstätig in Abhängigkeit van der Belastung des Fahrzeuges einstellbar ist. Das Einlaßventil wird dagegen von einem zweiten Ventilsitz zusammen mit dem zweiten Ventilkörper gebildet und befindet sich in einem Hohlkolben. Die ringförmige Membran ist einerseits im Gehäuse eingespannt und andererseits am. Hohlkolben angebracht. Der Hohlkolben .und das im Hohlkolben angeordnete Einlaßventil wird in Schließrichtting von dem vom Fahrer eingesteuerten Druck und·die mit dem Kolben verbundene Membran in entgegengesetzter Richtung vom Bremszylinderdruek beaufschlagt;. In der oberen Endlage des zweiten Ventilsitzes stütz sich die vom

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_ l\ —

Bremszylinderdruck beaufschlagte Membran nur an den von der Gehäusewand nach innen ansteigenden, mit dem Gehäuse fest verbundenen Rippen ab, während sich die Membran in der unteren Endlage des zweiten Ventilsitzes nur gegen die mit dem Kolben verbundenen, von innen nach außen ansteigenden, radialen Rippen anlegt.

Nachteilig ist bei dem bekannten Bremskraftregler, außer der ungünstigen Abstützung der ringförmigen Membran und ihrer aufwendigen Befestigung am Kolben zusätzlich zu der Einspannung im Gehäuse, daß der Bremskraftregler nicht mit Relaiswirkung arbeiten kann, so daß gegebenenfalls ein zusätzliches Relaisventil vorgesehen sein muß.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Membrankörpers besteht darin, daß er sich in einem Bremskraftregler der eingangs genannten Art verwenden läßt, welcher nicht nur die vorgenannten Schwierigkeiten mit einem ringförmigen Membrankörper vermeidet, sondern auch mit oder ohne Relaiswirkung zu arbeiten vermag, so daß gegebenenfalls ein besonderes Relaisventil eingespart werden kann.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erfindungsgemäße Membrankolben als ein wesentliches Teil eines vorteilhaften Bremskraftreglers der eingangs genannten Art, ausgezeichnet durch einen ersten Ventilsitz der mit dem ersten Ventilkörper des Doppelventils ein Einlaßventil bildet und dessen Lage in dem Ventil-

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gehäuse willkürlich oder selbstatig in Abhängigkeit von der Belastung des Fahrzeuges einstellbar ist und einem zweiten Ventilsitz, der mit dem zweiten Ventil·*· körper des Doppelventils ein Auslaßventil bildet.

Weitere vorteilhafte Ausführungen in" diesem Zusammenhang können den Unteransprüchen 7 und 8 entnommen werden. Danach kann die Membran mit veränderlich wirksamer Druckfläche als Aktionskolbenflache (die dem vom Fahrer eingesteuerten Druck ausgesetzt ist) oder als-Reaktionskolbenfläche (die dem Druck im Bremszylinder .. ausgesetzt ist) wirken.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, das in Zeichnungen schematisch dargestellt ist. Hierzu zeigt '

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Membrankolben nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Membran-'■".'"■ kolben nach ,Fig* 1 bei abgenommenem Zylinderdeckel,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen mit

einem Membrankolben nach Fig. 1 versehenen Bremskraftregler nach · der Erfindung und ~

■Fig, 4 einen Schnitt nach den Linien IV-IV ; in Fig. 3 . -

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Die Pig. 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Membrankolben mit einem Zylindergehäuse 2 und einem Zylinderdeckel 3· In das Zylindergehäuse ist ein gitterartiger Einsatzkörper 4 mit durchgehenden parallelen Gitter-.stäben 5 eingesetzt. Der Außenumfang 4¹ des Einsatzkörpers 4 ist derart gestaltet, daß sich zwischen ihm und dem Zylinderdeckel 3 für das Zylindergehäuse 2 eine Membran 7 mit einer durchgehenden Membranfläche

™ einspannen läßt. Die Gitterstäbe fallen hier membranseitig von außen nach innen ab. Der Abfall kann mit Vorteil konkav ausgeführt sein. Die Gestalt des Einsatzkörpers 4 wird verständlich, wenn man sich vorstellt, daß bei seiner Herstellung von einer zylindrischen Scheibe ausgegangen v/erden könnte, die mit parallelen Längseinschnitten gleicher Tiefe versehen wird und die anschließend kugelförmig ausgedreht wird. In dem Zylindergehäuse 2 befindet sich ein Kolben 8, der parallele Rippen 9 trägt, die zwischen die Gitterstäbe 5 greifen. Die Stirnseiten der Rippen 9 steigen membranseitig von außen nach innen an. Der Kolben 8

A läßt sich entsprechend derart hergestellt denken, daß in einen zylindrischen Kolben zunächst parallele Einschnitte vorgenommen werden und der Kolben anschließend wenigstens in einer äußeren Ringzone kugelförmig abgerundet wird. Dadurch daß die Rippen zwischen den Gitterstäben 5 Platz finden,stützt sich die Membran 7 in der gezeichneten unteren Kolbenendlage teilweise auf den Gitterstäben 5 und teilweise auf den Rippen 9 ab·

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In der oberen Kolbenendlage stützt sich die Membran 7 im wesentlichen nur auf den Rippen 9 ab. Damit ergibt sich zwischen den druckbeaufschlagten Flächen des Kolbens 8 und der Membran 7 in der oberen Endlage ein Kolbenflächenverhältnis von 1:1 und in der unteren Endlage von 1:(1 + x). Der mittlere Bereich der Rippen ist eben ausgebildet. Der Raum 10 zwischen dem Kolben und dem Gehäuseboden ist mit einem Anschluß 11 und der Raum 12 zwischen der Membran 7 und dem Zylinderdeckel 6 ist mit einem Anschluß 13 für Druckmittelleitungen versehen. Der Raum zwischen der Membran 7 und der Dichtung 14 am Kolbenumfang ist über eine öffnung entlüftet, in der gegen Eintritt von Fremdstoffen eine nicht dargestellte Schutzklappe bekannter Art angeordnet sein kann.

Der erfindungsgemäße Membrankolben läßt sich in druckmittelgesteuerten Geräten und Einrichturigen verschiedener Art j beispielsweise in Bremskraftreglern mit Vorteil

:verwenden. ,

Eine einen wesentlichen .Teil eines vorteilhaften. Bremskraftreglers darstellende Ausführungsform nach der Erfindung wird schematisch in den Fig. 3 und 4- näher ,beschrieben, ohne dadurch die Erfindung in ihrer Verwendungsmögiichkeit auf derartige Bremskraftregler zu beschränken. Dabei ist hervorzuheben, daß der in einer beispielsweisen Ausführungsform aufgezeigte Bremskraftregler mit dem erfindun,gsgemäßen Membrankolben gegenüber den bekannten Bremskraftreglern wesentlich verbessert

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werden konnte.

In den Fig. 3 und 4 "besteht ein Bremskraftregler 20 aus einein Gehäuse 21 und einem anschraubbaren Deckel 22. Zwischen dem Deckel 22 und dem Gehäuse 21 ist eine Membrane23 mit durchgehender Fläche eingespannt. Auf einem inneren Gehäuseabsatz24 ruht ein zylindrischer Einsatzkörper 25, der parallel verlaufende durchgehende

•Gitterstäbe 26 aufweist, deren Enden auf einem Durchmesser liegen, der dem Durchmesser eines Kolbens 27 entspricht, der in einer Innenbohrung 28 des Gehäuses 21 axial verschieblich ist und mit einer Kolbendichtung 29 versehen ist. Der Kolben 27 ist membranseitig mit einer Anzahl parallel verlaufender Rippen 30 entsprechend der Anzahl der zwischen den Gitterstäben 26 frei bleibenden Spalten versehen. Die Enden der Rippen 30 liegen im wesentlichen auf dem gleichen Durchmesser wie die Enden der Gitterstäbe 26. Die Enden der Rippen 30 steigen membranseitig von außen nach innen an während die Gitterstäbe 26 membranseitig von außen nach innen abfallen. In der dargestellten einen, unteren Wk Endlage des Kolbens 27 liegt die druckbelastete Membran im mittleren Bereich auf den Rippen oder den Rippen 30 und den Gitterstäben 26 und im äußeren Bereich nur auf den Gitterstäben 26 auf.

Der Kolben 27 ist von einer Feder 31 in Richtung auf die Membran 23 belastet. Die Feder 31 stützt sich an einer inneren Gehäusewandung 32 ab, die mit einem Flansch 33 mit' einer Innenbohrung 34- versehen ist, welche mit einem

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Anschluß 35 in Verbindung steht. An den Anschluß 35 ist eine nicht dargestellte Leitung zu einem Vorratsbehälter oder zu einem Motorwagenbremsventil anschließbar. In der Bohrung 34 und der anschließenden, abgesetzten Bohrung 34·¹ ist ein Rohrkörper 36 verschiebbar, der im oberen Teil ein Doppelventil 37 aufnimmt. Das Doppelventil 37 ist in Kolbenrichtung von einer leder 38 ' _— belastet, die sich an einem Einsatzteil 39 im Rohr- β

körper abstützt. Das Einsatzteil 39 wird seinerseits von einer der Feder 38 entgegenwirkenden Feder 40 gegen einen inneren Anschlag im Bohrkörper 36 gedrückt, dabei stützt sich die Feder 40 im unteren Teil des Bohrkörpers 36 an einer inneren Bodenfläche 41 des Gehäuses 21 ab. Das Doppelventil 37 enthält einen unteren ersten Ventilkörper 42 der mit einem Ventilsitz 43 im oberen Teil des Rohrkörpers'36 ein über die Querbohrung 44 mit dem Anschluß 35 in Verbindung stehendes Einlaßventil ■ ■ 42,43 bildet. Der Doppelventilkörper 37 enthält weiter einen oberen zweiten Ventilkörper 45, der mit einem

Ventilsitz 46 am unteren Ende des Kolbens 27 ein · M - - ■ - m

Auslaßventil-45,46 bildet, das über eine, axiale Kolbenbohrung 47 mit einer Entlüftungsbohrung im Gehäuse 21 in Verbindung steht. Das Gehäuse ist mit einem weiteren Anschluß 48 für eine nicht gezeigte Leitung zu einem Bremszylinder versehen. Der Anschluß 48 steht über ^v einen ersten Kanal 49 mit der Kammer' 50 unter dem von der Membran 23 abgewandten Seite des Kolbens 27 in Verbindung. Der Bohrkörper enthält im oberen Teil in einer Umfangsnut eine Dichtung 51, die sich dichtend

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an die Bohrung 34 anlegt, so daß bei geschlosneneia Einlaßventil 42,43 die Kammer 50 von dem Anschluß 35 abgesperrt ist.

Der Anschluß 48 steht über Kanäle 52,53 mit einer Kammer 54 in Verbindung, so daß in den Kammern 50 und 54 der Bremszylinderdruck herrscht. Damit die Kammer 54 druckdicht von dem Anschluß 35 angeschlossen ist befindet sich zwisehen dem Rohrkörper 36 und der abgesetzten Bohrung 34' eine Dichtung 55 und zwischen dem Rohrkörper 36 und dem Doppelvenfcil 37 eine Dichtung 56.

Der Rohrkörper 36 ist in seinem unteren Teil angeschnitten und mit Zähnen 57 versehen, die in ein auf einer Welle 58 gelagerten Zahnrad 59 eingreifen, das mit einer mittleren Umfangsnut 60 und einem äußeren Kreisabschnitt 61 versehen ist. In dem von dem Kreisabschnitt 61 freigebenden Raum findet das nicht angeschnittene untere Ende des Rohrkörpers 36 Platz. An die Welle 58 greift von außen ein Hebel 62 an, der lastabhängig verdreht wird. In der in Pig. 3 gezeigten Stellung befindet sich der Hebel 62 in seiner einen Endlage. Durch Anheben des Hebels 62 in Pfeilrichtung 63 wird das Zahnrad in Pfeilrichtung 64 gedreht, dabei wird der Rohrkörper 36 mittels der Verzahnung aus seiner untersten Stellung in Pfeilrichtung 65 um einen der Schwenkbewegung des Hebels 62 entsprechenden Weg nach oben verschoben. Hierdurch wird der Kolben 27 ebenfalls nach oben verschoben, v/obei der Flächenanteil der auf ihm lastenden Membran 23 zunimmt, die von einem

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Druck in aer Kammer 66 belastet ist, der über einen Anschluß 67 im---Deckel 22. mit einem bekannten hier nicht gezeichneten Motorwagenbremsventil in Verbindung . steht. Der Bremskraftregler arbeitet wie folgt:

Über ein nicht gezeichnetes federndes Gestänge steht der Hebel 62 mit der Fahrzeugachse in Verbindung, wobei der Bremskraftregler am Fahrzeugrahmen angebracht ist. Die Binfederung des Fahrzeuges bei der Fahrzeugbeladung verändert die Hebelstellung in Pfeilrichtung 63 aus der gezeichneten Leerstellung in Richtung Vollaststellung. Dabei wird die Lage des Bohrkörpers 56 geändert, die die Lage des Kolbens 27 bestimmt. Die Membran 2$ stützt- sich je nach der Lage- des Kolbens 2? in seiner gezeichneten untersten Leerstellung zum Teil auf den Kolben und zum Teil auf den Querstäben 26 und in seiner obersten Vollaststellung hur auf den Kolben 27 ab. Die sich auf den Kolben .27 abstützende Membranfläche bestimmt die Größe der Druckkraft, die der vom Motorbremsventil eingesteuerte Druck in der Kammer 66 auf den Kolben 27 ausübt. Entsprechend der Größe der auf den Kolben lastenden Druckkraft stellt sich in der Kammer 50 in Verbindung mit dem nicht gezeichneten Bremszylinder ein bestimmter Gegendruck ein. Dieser kommt dadurch^ zustande, daß über das in geöffneter Stellung gehaltene Einlaßventil A2y43, die_Bohrung 44- und den Anschluß 55 Luft aus einem Vorratsbehälter oder dem Motorwagenbremsventil solange in die Kammer 50 und damit in. den Bremszylinder einströmt, bis sich ein

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bestimmter, von der Stellung des Hebels 62 und damit von der Stellung des Rohrkörperß ^o abhängiger Gegendruck zum Druck in der Kammer 66 gebildet hat, der zu einem Schließen des Einlaßventils 42,43 führt. Übersteigt der Druck in der Kammer 50 einen bestimmten Wert, so wird der Kolben 27 angehoben und dabei das Auslaßventil 45, 46 geöffnet. Hierdurch wird ein überschüssiger Dr¹UCk über die Bohrung 47 und die Entlüftungsbohrung 48 ins Freie abgelassen. Da das Doppelventil 37 in der Kammer 50 druckentlastet ist, wird das Ventil vom Druck in der Kammer 54 in Verbindung mit dem Anschluß 48 zum Bremszylinder in Abhängigkeit vom Druck in der Kammer 50 bzw. vom Bremszylinder in ßchließrichtung belastet.

Wird die Fahrzeuglast geändert, so nimmt der Hebel eine veränderte Lage ein, wobei das Zahnrad entsprechend verdreht und demzufolge auf bestimmte V/eise der Rohrkörper axial verschoben wird. Die Lage des Rohrkörpers bestimmt den Flächenanteil der auf den Kolben 27 lastenden Membran 23· Mit steigender Größe des Keinbranflächenanteiles auf dem Kolben 27 erhöht sich auch entsprechend der sich in der Kammer 50 und damit im Bremszylinder einstellende Druck.

Der Bremskraftregler kann mit Relaiswirkung arbeiten. Hierbei ist an den Anschluß 67 das als Steuerventil ausgebildete Motorwagenbremsventil und an den Anschluß 35 ein Vorratsluftbehälter angeschlossen.

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Der Bremskraftregler läßt sich, ohne Relaiswirkung schalten, wenn eine Abzweigung von der Leitung zum Motorwagenbremsventil an den Anschluß 35 g6leg"fc wird.

Diese Abzweigleitung kann ohne weiteres in nicht dargestellter Weise innerhalb des. Bremskraftreglers vorgesehen sein, die von außen verschließbar ist,.

wenn der Bremskraftregler mit Relaiswirkung arbeiten

soll. ■■·--.■■ · ^

In dem erläuterten Ausführungsbeispiel für einen Bremskraftregler stellt die Membran 2J die vom abgegebenen · Druck des Motorwägenbremsventils belastete Aktionskolbenfläche und die der Kammer 50 zugewandte Seite des Kolbens 27 die Reaktionskolbenfläche dar. Der Bremskraftregler ist auf eine"derartige Ausführung nicht beschränkt. Er läßt sich, auch derart ausbilden, daß die Membran in einer Weise angeordnet ist, daß sie als Reaktionskolbenfläche wirkt, während die der Membran abgewandte Seite des Kolbens die Aktionskolbenfläche darstellt. - -

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Patentansprüche:

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Claims

2ÜÖ4227 Patentansprüche

1. Membrankolben mit einem im Zylindergehäuse verschieblichen Kolben konstanter Fläche und einer im Gehäuse festen Membran mit veränderlich wirksamer Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran

(7) 23) mit einer durchgehenden Menibranflache sich in der einen Kolbenendlage nur gegen Anlageflächen von mit dem Kolben (8,27) verbundenen parallelen Rippen (9,30) und in der entgegengesetzten anderen Kolbenendlage nur teilweise an den Anlageflächen der Rippen und teilweise an Anlageflächen von gehäusefesten parallelen Gitterstäben (5,26) anlegt.

2. Membrankolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der parallelen Gitterstäben (5,26) und der parallelen Rippen (9,30) im wesentlichen auf einem Durchmesser liegen, der dem Durchmesser des Kolbens (8,27) entspricht.

3. Membrankolben nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstäbe (5,26) von außen nach innen abfallen oder ansteigen und die Rippen (5,30) des Kolbens (8,27) von außen nach innen ansteigen oder abfallen.

4. Membrankolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstäbe (5,26) wenigstens in einer äußeren Ringzone konkav oder konvex und die Rippen (9,30) des Kolbens (8,27) in einer entsprechenden äußeren Ringzone konvex oder konkav ausgebildet sind.

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5· Membrankolben nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstäbe (5^26) zu einem im .^ Zylindergehäuse (2,21) festenEinsatzkörper (4,25) gehören.

6. Membrankolben zur Steuerung eines einen Doppel-. ventilkörper enthaltenden Bremskraftregler einer pneumatischen Bremsanlage für Fahrzeuge, insbesondere '" Kraftfahrzeuge mit einem.Kolben konstanter wirksamer Druckfläche und einer Membran in Verbindung mit dem Kolben veränderlich wirksamer Druckfläche, wobei der durch Druck^unterschiede bewegbare Kolben und die durchbiegsame Membran dem Druck im Bremszylinder und dem. vom Fahrer eingesteuerten Druck ausgesetzt sind, nach Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen ersten Ventilsitz (43)j der mit dem ersten Ventilkörper (42) des Doppelventils (37) einEinlaßventil (42,4-3) bildet und dessen Lage in dem Ventilgehäuse (21) willkürlich oder selbstätig in Abhängigkeit von der Belastung des Fahrzeuges einstellbar ist, -M und einem zweiten Ventilsitz (4-6) ,.der mit dem zweiten Ventilkörper (45) des Doppelventils (37) ein Auslaßventil (45,46)

7· Membranlcolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventilsitz (46) mit dem Kolben (27) konstanter^wirksamer Fläche als Reaktionskolbenfläche verbunden ist und die Membran (23) veränderlich wirksamer Fläche die Aktionskolbenfläche ist*

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8. Membrankolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Einlaßventil in Verbindung stehende Membran (23) veränderlich wirksamer Fläche die Reaktionskolbenfläche und der Kolben (27) konstanter v/irksamer Kolbenfläche die Aktionskolbenfläche ist.

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