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Druckmittelbetätigtes Relaisventil Die Erfindung betrifft ein druckmittelbetätigtes
Relaisventil, insbesondere für die elektropneumatische Steuerung von Fahrzeug-Bremsen,
mit einer in einem Ventilgehäuse angeordneten von einem Kolben begrenzten Steuerkammer
und einen von dem Kolben gesteuerten Einlaß- und Auslaßventil zur Überwachung der
Druckmittelbeaufschlagung einer einen Anschluß für einen Druckmi.ttelverbraucher
aufweisenden Ventilkammer in Abhängigkeit von einem in die Steuerkammer eingespeisten
Steuerdruckes, wobei das E@nlaßventil sich in einer Verbindung zur Druckmittelquelle
befindet und der Steuerdruck von einem Magneteinlaßventil und Magnetauslaßventil
überwacht ist.
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Bei elektropneumatischen Blockierschutzeinrichtungen bestebt das Problem,
daB nacn Abgabe eines Signales zur Beendigung der Druckabsenkung in einem Bremszylinder
auf Grund von Ventilträgheiten eine beachtliche Untersteuerung eintritt, die dazu
führen, daß der Bremszylinderdruck auf eie zu niedrige Druckhöhe abgesenkt wird.
Nachteilig ist flierbei der Druckverlust und der verlängerte Bremsweg auf Grund
verschenkter
Bremskraft.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein druckmittelbetätigtes Relaisventil
der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine größere Untersteuerung des Steuerdruckes
bei Abgabe des Signals "Druck halten" vermieden wird, so daß Druckverluste durch
zu weitgehende Druckabsenkung im Bremszylinder weitgehend vermieden werden und die
Bremse im wesentlichen nur soweit gelöst wird, wie es durch das Signal zur Beendigung
der Druckabsenkung vo-rgegeben worden ist.
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Die Erfindung löst die Aufgabe in der Weise, daß die Steuerkammer
an ein Zusatzvoluj-nen zur gesteuerten Mischdruckbildung in der Steuerkammer mit
an den Druckabfall im Bremszylinder angepaßten Druckabfall angeschlossen ist.
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Vorteilhafterweise wird der Druckabfall des gebildeten Hischdruckes
in der Steuerkammer vom Steuerdruck geregelt.
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Der Rahmen der Erfindung wird jedoch nicht verlassen, wem der Druckabfall
des Mischdruckes vom Bremszylinderdruck aus geregelt wird.
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Gemäß einer ersten Ausführung nach der Erfindung ist in einem Eanal
zur Verbindung des Zusatzvolumens mit der Steuerkammer eine Düse eingeschaltet.
Die Größe der Untersteuerung wird hier dadurch wesentlich verringert, daß der Steuerdruck
bei Abgabe des Signals "Druck halten1, durch den Druck des Zusatzvolumens angehoben
wird. Die Steuerkaininer- und Zusatzvolumendrücke bilden somit einen Mischdruck,
der umso höher liegt, je größer dieses Zusatzvolumen ist. Die Angleichung der Mischdruckabsenkung
an die Druckabsenkung im Bremszylinder läßt sich bei großem Zusatzvolumen leicht
erreichen. Die Grenzen dieses Zusatzvolumens sind einerseits durch den Auslaßquerschnitt
des Magnetauslaßventils bestimmt, das zur Druckabsenkung des Druckes in der Steuerkammer
geöffnet ist, andererseits sind die Grenzen des Zusatzvolumens
durch
den noch wirksamen Anteil am Gesamtvolumen gegeben.
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Eine übersteuerung ist ausgeschlossen, wenn der Druckabfall pro Zeiteinheit
des Zusatzvolumendruckes # dem Druckabfall des Steuerkammerdruckes eingestellt ist.
Es besteht die Möglichkeit, die Verhältnisse so einzustellen, daß nur eine sehr
kleine Untersteuerung erreicht wird, die nur geringfügig unter dem Bremszylinderdruck
bei Abgabe des Signals "Druck halten" liegt. Eine Übersteuerung über diesen Signalpunkt
hinaus wird man jedoch in der Regel kaum vermeiden können. In Sonderfällen kann
eine Übersteuerung sogar von Interesse sein.
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Nach dem Ausführungteispiel wird das angestrebte Ziel dann erreicht,
wenn die Bildung des Hischdruckes mögliebst schnell vor sich geht, was leicht erreicht
werden kann, wenn das Zusatzvolumen relativ groß ist.
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Um das angestrebte Ziel auch bei relativ kleinem Zusatzvolumen voll
zu erreichen, ist gemäß einer Weitelnbildung nach der Erfindung in der Verbindung
zwischen dem Zusatzvolumen und der Steuerkammer ein Rückschlagventil eingeschaltet,
daß bei einem bestimmten verminderten Druck in der Steuerkammer in bffnungsstellung
geht und wobei in einer weiteren ungedrosselten Verbindung zwischen dem Zusatzvolumen
und der Steuerkammer das Magnetauslaßventil eingeschaltet ist.
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Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, daß Druckluft aus einem
relativ kleinen Zusatzvolumen nach einer teilweisen Absenkung des Steuerdruckes
rasch in den Steuerraum eingebracht werden kann. Außerdem erfolgt der Druckausgleich
zwischen dem Zusatzvolumen und dem Steuerkammerdruck nicht über elije Düse, wie
bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel, sondern über einen ungedrosselten anal.
Mit dem
Rückschlagventil wird nicht nur eine schnellere Mischdruck
bildung durch einen ungedüsten Querschnitt zur Steuerkammer, sondern auch eine höhere
Mischdruckbildung durch die Rückhaltewirkung des Rückschlagventils erreicht.
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Weiterhin ist es von Vorteil, den Querschnitt des Magnetauslaßventils
derart zu bestimmen, daß eine bestimmte Entlüftungssteilheit bei der Entlüftung
des aus dem Zusatsvolumen und der Steuerkammer sich ergebenden Gesamtvolumens erreicht
wird. Hierdurch wird zunächst de relativ kleine Steuerkammer über den entsprechend
groß dimensionierten Magnetauslaßquerschnitt beim Auftreten eines Signals "Druck
halten" rasch entlüftet, wodurch schnell die erforderliche Druckdifferenz zwischen
dem Steuerdruck und dem Bremszylinderdruck erreicht wird, was zu einer sehr kleinen
Einschaltverlustzeit führt.
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Die Ausbildung des Rückschlagventils als Drosselrückschlagventil hat
unter anderem den Vorteil, daß bei einer größeren Rückhaltewirkung eine Übersteuerung
im unteren Druckbereich klein bzw. vermieden werden kann.
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Die Erfindung ist auf die erwähnten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt.
In den schematischen Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt. Hierin
zeigt: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgesäßes Relaisventil mit einer
Drossel zwischen dem Zusatzvolumen und der Steuerkammer Fig. 2 einen Querschnitt
durch ein weiteres erfindungsgemäßes Relaisventil mit einem Drossel rückschlagventil
zwischen dem Zusatzvolumen und der Steuerkammer und Fig. 3 und 4 zwei Druckdiagramme
zur Verdeutlichung der Wirkungsweise der Relsisventile nach Fig. 1 und 2.
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In Fig. 1 besteht das Relaisventil aus einem Gehäuse 1 mit einer Steuerkammer
2, die von einem Steuerkolben 3 begre,lzt ist, der über einen zentralen Ansatz 4
in einer Gehäuse nehmung 5 geführt ist. Der Ansatz 4 ist von einer Feder 6 belastet.
ther eine Bohrung 7 durch den Ansatz 4 und den Kolben, die im Beispielsfalle aus
zwei Teilen bestehen, ist der von dem Ansatz begrenzte Raum 8 in der Gehäuseausnehmung
5 druckentlastet.
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Der Steuerkolben 3 ist hier als Membrankolben ausgebildet.
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Die zugehörige Membran ist an ihrem verstärkten Rand 9 in Nuten zwischen
einem die Steuerkammer 2 aufnehmenden Gehäuseteil 10,und einem mittleren Gehäuseringteil
11 fest eingespannt.
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An das mittlere Gehäuseringteil 11 schließt ein Gehäuse teil 12 mit
einem Anschluß 13 zu einem nicht dargestellten Vorratsluftbehälter und einer zentralen
Öffnung 14 zur Aufnahme eines Rohreinsatzes 15 an. Der. Rohreinsatz enthalt einen
inneren Rohrabschnitt 16 zur druckdichten Führung eines in Achsrichtung des Rohreinsatzes
verschieblichen, hohlen Ventilkörpers 17, der eine innere zentrale Öffnung 18 durchragt,
über die der Anschluß 13 mit einem Ravzn. 19 verbunden ist, der einerseits von dem
Kolben 3 und andererseits von dem mittleren Gehäuseringteil 11 und dem Gehäuseteil
12 begrenzt ist. Zu dem Raum 19 führt ein nicht dargestellter Anschluß zu einem
ebenfalls nicht dargestellten Bremssylinder. Der Ventilkörper 17 besitzt einen mittleren
Blanscuring 20 auf den ein Dichtungsring zur Bildung einer Ventil fläche 20 aufgeknüpft
ist. Die Ventilfläche 20 bildet mit einem gehäusefesten Ventilsitz 21 ein erstes
Ventil 20, 21, das in der geschlossenen Stellung den Anschluß zum Vorratsbehälter
von dem Raum 19 in Verbindung zum Bremszylinder unterbricht. Zudem Kolben 3 zugewandten
Endendes Ventil
körpers 17 ist in einer Nut ein Dichtungsring 22
eingesetzt, der eine Ventilfläche 23 für einen Ventilsitz 24 aufweist zur Bildung
eines zweiten Ventils 23, 24, das in der geöffneten Stellung den Raum 19 und damit
den angeschlossenen Bremszylinder über den hohlen Ventilkörper 17 und den Rehreinsatz
15 zur Atmosphäre entlüftet.
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Eine sich am Rohreinsatz bstützende Peder 25 greift an dem Ventilkörper
17 an und belastet diesen in Schließrichtung des Ventils 20, 21. Das Ventil 20,
21 wird bei Abschluß des Ventils 23, 24 vom Kolben 3 in Öffnungsstellung gesteuert.
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Die Steuerkammer 2 ist an einen Kanal 26 in dem Gehäuseteil 10 angeschlossen,
der an einem Eanal in einem nicht dargestellten Bauteil anschließt, das mit dem
Relaisventil zu einer Einheit verbunden werden kann und zwei Magnetventile aufnimmt
und zwar ein Magneteinlaßventil zur Belüftung dcr Steuerkammer mit einem Steuerdruck
und ein Magnetauslaßventil zur Entlüftung der Steuerkammer Durch ein z.B. vor einer
Gleitschutzregelung abgegebenes Signal "Bremszylinderdruck absenken wird das Magnetauslaßventil
geöffnet, um die Steuerkammer über den Kanal 26 und das geöffnete Magnetauslaßventil
zu entlüften. Das Magneteinlaßventil bleibt dabei geschlossen. Wird das Signal "Bremszylinderdruck
halten" abgegeben, so wird das Magnetauslaßventil geschlossen. Das Magneteinlaßventil
bleibt gleIchfalls geschlossen. Wird das Signal "Bremszylinderdruck erhöhen abgegeben,
so wird das Magneteinlaßventil geöffnet. wihrend das Magnetauslaßventil geschlossen
bleibt. Über das geöffnete Magneteinlaßventil gelangt Druckluft von einem nicht
dargestellten Vor ratsbehalter über ein ebenfalls nicht dargestelltes Motorwagenbremsventil
in die Steuerkammer.
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Über einen Kanal 27 im Gehäuseteil 10 ist die Steuerk;ei 2 an ein
Zusatzvolumen 28 angeschlossen. In den Kanal 27 ist.
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eine Düse 29 eingeschaltet.
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Wird das Magnetauslaßventil zum Zeitpunkt t1 auf Grund eines Signals
"Druck absenken" geöffnet, so würde der Druck Pst in der Steuerkammer 2 nach einer
gewissen Verzögerung längs einer im Diagramm in Fig. 3 gestrichelt dargestellten
Kurve. 1 abfallen, sofern das Zusatzvolumen 28 nicht. vorhanden wäre. Zum Zeitpunkt
t2 öffnet das Ventil 23, 24 zur Entlüftung des Bremszylinders bei gleichzeitigem
Abschluß des Ventils 20, 21. Die Druckabsenkung im Bremszylinder ist in Fig. 3 durch
die Kurve III dargestellt.
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Zum Zeitpunkt t3 wird ein Signal 1?Druck halten" abgegeben.
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Bis zum Abschluß des Magnetauslaßventils vergeht eine kurze Zeitspanne,
während der der Steuerdruck weiter abgesenkt wird, ehe sich ein konstanter Steuerdruck
einstellt. Bei Nichtvorhandensein des Zusatzvolumens würde der Bremszylinderdruck
auf einen dem konstanten Steuerdruck entsprechenden Druck abfallen, wie der gestrichelt
gezeichnete Teil der Kurve III darstellt.
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Eine weitere Druckabsenkung im Bremszylinder wird durch Schließen
des Ventils 23, 24 erst unterbunden, wenn Druckgleichheit auf den beiden Seiten
des Kolbens 9 herrscht.
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Die Druckdifferenz AP zwischen dem Soll-Bremszylinderdruck zum Zeitpunkt
t3 und dem erreichten Ist-Bremszylinderdruck wird hier als Untersteuerung bezeichnet.
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Es ist klar, daß die Untersteuerung um so größer ist, je größer die
Verzögerung ist, mit der das Ventil-23, 24 nach Abgabe des Signals ??Druck absenken"
öffnet und das Ventil 20, 21 schließt.
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])urch die gesteuerte Zuschaltung eines Zusatzvolumens zur Steuerkammer
kann die Untersteuerung erfindungsgemäß auf einen wesentlich geringeren Wert bPt
eingestellt werden.
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Bei Entlüftung der Steuerkammer zur Absenkung des Steuerdruckes wird
Druckluft aus dem Zusatzvolumen 28 über die Düse 29 der Steuerkammer 2 zugemischt,
so daß der Druckabfall in der Steuerkammer entlang der Kurve II abfällt. Das bedeutet,
daß nach dem Signal "Drck anhalten" einer Steuerkammer ein Mischdruck vorhanden
ist, der höher ist als der Steuerdruck ohne Zuschaltung des Zusatzvolumens.
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Auf diese Weise wird eine Untersteuerung APf erhalten, die wesentlich
kleiner ist als die Untersteuerung dP. Der Bremszylinderdruck wird also auf einem
höheren, dem Solldruck zum Zeitpunkt t3 weitgehend angepaßten Niveau gehalten, wodurch
Druckluft beachtlich gespart und die bestimmte Soll-Bremskraft zu einem einstellbar
kleinen Maße unterschritten wird.
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Fig. 2 zeigt ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Relaisventil nach
der Erfindung. Der Aufbau und die Wirkungsweise des Relaisventils entspricht weitgehend
dem Relaisventil nach Fig. 1, so daß die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen
Unterschiede beschränkt werden kann. Das Zusatzvolumen 28 ist wie in Fig. 1 über
einen Kanal 27 an die Steuerkammer 2 angeschlossen. In dem Kanal 27 befindet sich
ein Drosselrückschlagventil 30, das hier in schematischer Darstellung aus einer
Feder besteht, die sich an festen Anschlägen im Kanal 27 abstützt und einen durchbohrten
Ventilkörper gegen-einen Ventilsitz im Kanal 27 drückt.
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Das Drossel-Rückschlagventil 30 öffnet, wenn nach einer ein steuerten
Druckabsenkung der Druck in der Steuerkammer auf einen bestimmten Wert abgesenkt
worden ist, wodurch eine ungedrosselte Zumischung der Druckluft aus dem Zusatzvolumen
zu der in der Steuerkammer stattfindet. Das Zusatzvolumen 28 ist außerdem über einen
Kanal 31 an einen Kanal 32 in einem an das Gehäuse 10 des Relaisventils angeflanschten
Bauteil 33 zur Aufnahme der Magnetein- und Magnetauslaßventile 34, 35 angeschlossen.
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Der Kanal 32 steht außerdem mit dem Kanal 26 in Verbindung, der entsprechend
wie in dem Relaisventil nach Fig. 1, an die Steuerkammer 2 angeschlossen ist.
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In dem Gehäuse 10 befindet sich ein dritter Kanal 36 in Verbindung
mit dem Kanal 32 in dem Bauteil 33. Zur Entlüftung der Steuerkammer 2 wird das Magnetauslaßventil
aus seiner gezeichneten einen Absperrstellung zum Abschluß eines Entlüftungskanals
36 in die andere Absperrstellung gesteuert, in der der Kanal 31 von dem Kanal 32
abgesperrt wird. Gleichzeitig ist das Magneteinlaßventil aus seiner offenen Stellung
in seine Absperrstellung gesteuert, in der der Kanal 36 von dem Kanal 32 abgesperrt
ist. Zur Belüftung der Steuerkammer wird das Magneteinlaßventil 35 geöffnet und
das Magnetauslaßventil 34 in seiner die Entlüftungsöffnung 36 abschließenden Stellung
gebracht. Es gelangt dann Druckluft über das nicht dargestellte Motorwagenbremsventil
über die Kanäle 36, 32 und 26 in die Steuerkammer.
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Gleichzeitig findet über die Kanäle 31,.32 ein ungedrosselter Druckausgleich
mit dem Zusatzvolumen statt.
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In Fig. 4 sind die Druckkennlinien des Relaisventils nach Fig. 1 beim
Druckabsenken und anschließenden Druckhalten nach Abgabe entsprechender Signale
dargestellt.
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Wird zum Zeitpunkt t1 ein Signal zum Druckabsenken des Bremazylinderdruckes
abgegeben, so wird durch das Magnetauslaßventil 34 der Entlüftungskanal 36 freigegeben
und der Kanal 31 abgesperrt. Das relativ kleine Volumen der Steuerkammer wird bis
zum Zeitpunkt t2 gemäß der Kurve Ia rasch über die Kanäle 26, 32, 36 ungedrosselt
entlüftet. Diese hierbei erreichte Druckdifferenz gegenüber dem in der Kammer 19
herrschenden Bremszylinderdruck führt dazu, daß der Kolben 3 rasch anspricht und
das Ventil 23, 24 öffnet, wodurch der Bremszylinder gemäß der Kurve III entlüftet
wird.
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Die weitere Entlüftung der Steuerkammer bis zur Abgabe des Signals
"Druck halten" zum Zeitpunkt t3 würde weiter entlang der gestrichelt gezeichneten
Kurve Ib abfallen, wenn kein Zusatzvolumen vorhanden wäre.
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Bei einem verminderten Druck zum Zeitpunkt t2 ist der Druck in der
Steuerkammer bereits soweit abgesenkt, daß die Rückhaltekraft des Rückschlagventils
30 überrunden wird und Druckluft aus dem Zusatzvolumen rasch und nunmehr weltgehend
ungedrosselt in die Steuerkammer 2 eingebracht wird Hierbei bildet sich in der Steuerkammer
2 ein Mischdruck aug der durch den Druckverlauf der Kurve II gekennzeichnet ist,
die sich rasch dem Druckverlauf des Bremszylinderdruckes anpaßt. Dabei wird nach
Abgabe eines Signals "Druck halten" eine Untersteuerung #P" erreicht, die noch geringer
kt, als die Untersteuerung nach Fig.3.
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Wesentlich bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Relaisventils
ist die besondere Rückhaltewirkwng des Drosselrückschlagventils 30, wodurch ein
rasches Ansprechen des Kolbens 3 und bei relativ kleinem Zusatzvolumen eine weitgehende
Anpassung des Druckverlaufs des abgesenkten Steuerkammerdruckes an den Bremszylinderdruck
zur Erzielung einer bestimmten kleinen Untersteuerung ermöglicht ist.
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Auf diese Weise kann eine Untersteuerung erzielt werden, die nur
geringfügig niedriger ist als der Soll-Druck im Bremszylinder zum Zeitpunkt t3 bei
Abgabe des Signals "druck halten".
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Es ist klar, daß das Zufatzvolumen 28 in dem Gehäuse des Relaisventils
integriert sein kann. Ist eine Rückhaltewirkung gemäß der Ausführung nach Fig. 2
nicht erforderlich, so kann das Drosselrückschlagventil in Fig. 2 durch eine Drossel
nach Fig. 1 ersetzt sein.
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Vorteilhafterweise kann in einem Durchbruch von der Leitung 37 zur
Leitung 26 ein Rückschlagventil 38 vorgesehen sein. Patentansprüche