DE2423430B2 - Steuerventil fuer druckluftbremsen, insbesondere fuer schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil für Druckluftbremsen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, mit einem Dreidruckorgan zur mittelbaren oder unmittelbaren Überwachung des Bremszylinderdruckes und einem den Druckanstieg im Bremszylinder auf einen festgelegten Höchstwert begrenzenden Höchstdruckbegrenzer in einer Verbindungsleitung zwischen dem Vorratsbehälter und dem Einlaßventil des Dreidruckorgans, wobei der Höchstdruckbegrenzer vom Druck in der Verbindungsleitung zwischen dem Einlaßventil des Dreidruckorganes und dem Sitz des Höchstdruckbegrenzers in Schließrichtung beaufschlagt ist und wobei der in einem vom Vorratsbehälterdruck beaufschlagten Drucfcraum angeordnete und vom Vorratsbehälterdruck entlastete Ventükörper des Höchstdruckbegrenzers aus einem Ventilteller und einem mit diesem über einen eine Längsbohrung aufweisenden Ventilstößel verbundenen, in einera mit dem Druckraum nur über die Längsbohrung in Verbindung stehenden Beaufschlagungsraum befindlichen Ventilkolben besteht, der über die genannte Längsbohrung bei einem bestimmten Beaufschlagungsdruck im zwischen dem Dreidruckorgan und dem Höchstdruckbegrenzer liegenden, eine Drosselstelle aufweisenden Teil der Verbindungsleitung den Ventilteller entgegen der Kraft einer Feder in seine Schließstellung bringt

Ein derartiges Steuerventil ist bekannt (DT-PS 12 37 105).

Es ist weiterhin ein Druckbegrenzungsventil (DT-OS 19 43 796) zum Einhalten eines bestimmten Leitungsdruckes bekannt auch wenn bei größerem Ventilhub größere Luftmengen abgeblasen werden, wobei dort aufgabengemäß anzustreben ist, eine kräftige, kurze und daher nur wenig Raum einnehmende Feder verwenden zu können. Die Merkmale dieses bekannten Druckbegrenzungsventiles bestehen darin, daß der grundsätzlich geschlossene Ventilteller auf der sitzabgewandten Seite, nicht nur eine in Schließrichtung wirkende Feder, sondern eine einen Kolben bildende Führung aufweist. Hierbei gleitet der Kolben in einen Zylinderraum, der durch eine an der Stirnseite des Ventiltellers, und damit im Zuströmungsbereich des Ventilen nahe dem Ventilsitz am Ende eines kurzen Sondenansatzes beginnende und in dem Zylinderraum endende Überleitungsbuhrung mit dem stirnseitig herrschenden Druck beaufschlagbar ist. Dem den Ventilteller anhebenden stirnseitig treffenden Druck steht andererseits stets im Zylinderraum die Summe aus zunehmender Federkraft und veränderlicher Druckkraft entgegen, wobei letztere mit zunehmendem Hub des Ventiltellers, als Folge der Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit mit größer werdender Abblasmenge des Ventiles abnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Steuerventil dahin weiterzuverbessern, daß der Luftdurchsatz durch den Höchstdruckbegrenzer erhöht ist, so daß aufgrund des erhöhten, in der Zeiteinheit einströmenden Luftgewichtes die Bremszeiten merklich verkürzt sind.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den restlichen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dieses Ausführungsbeispiel ist durch eine geänderte Ausführung eines wesentlichen Elementes variiert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Höchstdruckbegrenzer eines Steuerventils für Druckluftbremsen von Schienenfahrzeugen, wobei Dreidruckorgan, Bremszylinder, Mindestdruckbegrenzer und Vorratsbehälter schematisch angedeutet sind und

Fig.2 einen Längsschnitt durch einen anderen Strömungsleitkörper für den Höchstdruckbegrenzer gemäß Fig. 1.

Der Höchstdruckbegrenzer ist im Gehäuse 1 des zugehörigen Steuerventils angeordnet und weist einen Ventilkolben auf, der von einem Membranteller 2 mit hohlem Schaft 3 gebildet ist, wobei der Schaft 3 an dem

dem Membranteller 2 abgewandten Ende mit einem Ventilteller 4 versehen und der Membranteller 2 auf der dem Ventilteller 4 abgewandten Seite von einer flexiblen Membran 5 bedeckt ist Der Membranteller 2 ist in einer Aussparung 6 eine r im Gehäuse 1 angeordneten Einsatzes 7 beweglich, in welchem der Schaft 3 axial verschieben geführt ist abgedichtet durch einen Dichtring 8. Die Membran 5 ist nut dem äußeren, umlaufenden Rand zwischen dem Einsatz 7 und einem zweiten Einsatz 9 eingespannt welcher in das Gehäuse 1 eingeschraubt ist und der anderen Einsatz 7 mittels eines Dichtringes tO dicht im Gehäuse 1 einschließt.

Der Ventilteller 4 wirkt mit einem eingesetzten Dichtring 11 mit einem Ventilsitz 12 an einer in das Gehäuse 1 eingesetzten Buchse 13 zusammen. Eine Druckfeder 14 zwischen Gehäuse 1 und einem am Ventilteller 4 angreifenden. tropfförmi£en Federteller 15 belastet den Ventilteller 4 vom zugehörigen Sitz 12 weg. μ

Der Durchmesser des Ventilsitzes 12 entspricht dem Durchmesser des Schaftes 3, auf welchem neben dem Ventilteller 4 ein Ring 16 aus elastischem Material angeordnet ist, welcher eine radiale Bohrung 17 im hohlen Schaft 3 abdeckt und ein Rückschlagventil zwischen der Axialbohrung 18 des Schaftes 3 und einem Druckraum 19 im Gehäuse 1 bildet, welches zum Druckraum 19 hin öffnet.

Während die Aussparung 6, d. h. der Raum zv ischen Membran 5 und Einsatz 7, über Bohrungen 20 entlüftet ist und mit der freien Atmosphäre kommuniziert, steht der Raum zwischen Membran 5 und dem zweiten Einsatz 9 mit der Axialbohrung 18 des Schaftes 3 in Verbindung. In diese Bohrung 18 ist ein Strömungsleitkörper 21 eingesetzt, und zwar an dem ventiltellerseitigen Ende.

Der Strömungsleitkörper 21 ist als rotationssymmetrischer Zapfen mit einem sich verbreiternden und dann spitz zulaufenden Ende 22 abgerundeten Profils in Form einer Düsennadel ausgebildet (F i g. 1). Er ist mit diesem Ende 22 in der an den Ventilsitz 12 anschließenden Bohrung 23 der Buchse 13 angeordnet und mit einem axialen Sackloch 24 versehen, welches einerseits mit der Axialbohrung 18 des Schaftes 3 kommuniziert, andererseits über Kanäle 25 mit der Bohrung 23 in Verbindung steht, welche an der engsten Stelle zwischen dem Ende 22 und der Innenfläche der Bohrung 23 münden.

Die Bohrung 23 kommuniziert auf der dem Ventilsitz 12 abgewandten Seite mit einem Raum 26 im Gehäuse 1, welcher über eine Steuerdüse 27 und eine Leitung 28 mit dem Einlaßventil 29 eines Dreidruckorganes verbunden ist, von dem lediglich das Einlaßventil 29 mit dem federbelasteten Ventilkörper 30 und ein damit zusammenwirkender Hohlstößel 31 sowie ein Raum 32 dargestellt sind. Der Raum 26 kann weiterhin über eine nicht dargestellte Leitung mit ebenfalls nicht wiedergegebenen Schaltventilen verbunden sein, welche die Druckentwicklung zum Bremszylinder 33 zu verändern vermögen.

Der Raum 32 unter dem Einlaßventil 29 des Dreidruckorgans ist durch eine Leitung 34 direkt oder über die Steuerung eines Relaisventils mit dem Bremszylinder 33 verbunden. Ferner ist ein Mindestdruckbegrenzer 35 vom Druck in der Leitung 34 beaufschlagt, welcher ebenso wie der Höchstdruckbegrenzer im Gehäuse 1 angeordnet ist. Der Druck in der Leitung 34 wirkt auf einen Kolben oder Membranteller 36 des Mindestdruckbegrenzers 35 ein, um einen Ventilteller 37 entgegen der Wirkung einer Druckfeder 38 gegen einen Ventilsitz 39 zu drücken, von dem eine Leitung 40 ohne Steuerdüse zum Einlaßventil 29 führt

Dk- Druckraum 19 ist dem Höchstdruckbegrenzer und dem Mindestdruckbegrenzer 35 gemeinsam und an einen Vorratsbehälter 41 angeschlossen.

Das Steuerventil ist in Füllstellung dargestellt Dabei nimmt das Dreidruckorgan mit dem Stößel 31 unter dem Einfluß des Hauptleitungsdruckes die dargestellte Lage ein, und der Vorratsbehälter 41 wird von der Hauptluftleitung her mit Druckluft gefüllt Der Druck des Vorratsbehälters 41 herrscht auch im Druckraum 19, desgleichen im Einlaßventil 29 des Dreidruckorgans, da der Mindestdruckbegrenzer 35 geöffnet ist und der Druckraum 19 somit über die Leimig 40 mit dem Einlaßventil 29 kommuniziert

Der Höchstdruckbegrenzer, der sich zu Füllbeginn ebenfalls in Öffnungsstellung befindet, geht kurz danach, bei Erreichen eines dem Bremszylinder-Höchstdruck entsprechenden Druckes im Vorratsluftbehälter 41 in die Schließstellung über, da der auf die Membran 5 und den Membranteller 2 einwirkende Druck des Vorratsbehälters 41 den Ventilteller 4 entgegen der Wirkung der Kraft der Feder 14 verschiebt und gegen den Ventilsit/ 12 drückt. Das Einlaßventil 29 bzw. dessen Ventilkörper 30 steht über das Mindestdruckventil 35 unter dem vollen Druck des Vorratsbehälters 41.

Wird der Hauptluftleitungsdruck durch Betätigen eines Führerbremsventils gesenkt, dann ergibt sich ein Übergewicht des Druckes in der nicht dargestellten Steuerkammer des Dreidruckorgans, was zur Folge hat, daß der Stößel 31 sich in F1 g. 1 nach oben bewegt und das Einlaßventil 29 öffnet, d. h. dessen Ventilkörper 30 entgegen dem Druck des Vorratsbehälters 41 und der Wirkung der den Ventilkörper 30 belastenden Fedtr vom zugehörigen Sitz abhebt. Über das geöffnete Einlaßventil 29 strömt dann Druckluft aus dem Vorratsbehälter 41 über den Raum 32 und die Leitung 34 ungedrosselt direkt oder über die Steuerung des Relaisventils zum Bremszylinder 33.

Bei e>ner Stufenbremsung ist der Mindestdruckbegrenzer 35 nach einem bestimmten Druckanstieg geschlossen. Weitere Druckluft kann vom Vorratsbehäl ter 41 zum Bremszylinder 33 über den sich infolge der Druckluftabströmung aus und damit Druckabsenkung im Einlaßventil 29 und dem damit kommunizierenden Beaufschlagungsraum tür die Membran 5 unter der Kraft der Feder 14 öffnenden Höchstdruckbegrenzer, die Steuerdüse 27 die Leitung 28 und das geöffnete Einlaßventil 29 sowie die Leitung 34 strömen, bis sich am Dreidruckorgan Gleichgewicht der Kräfte eingestellt hat, was die weitere Druckluftzufuhr zum Bremszylinder 33 unterbricht. Zum Einsteuern einer stärkeren Bremsstufe wird das Einlaßventil 29 des Dreidruckorgans kurzzeitig geöffnet. Der Vorratsbehälter 41 ist so dimensioniert, c'aß auch dann, wenn an dem Bremszylinder 33 so viel Luft abgegeben ist, daß in diesem Höchstdruck herrscht, der Druck im Vorratsbehälter 41 größer als dieser Höchstdruck im Bremszylinder 33 ist.

Da der Höchstdruckbegrenzer bei einem vorbestimmten Druck in der Leitung 28, dem Bremszylinder-Höchstdruck, schließt, wird der Druck vor dem Ventilkörper 30 nach dem Schließen des Mindestdruckbegrenzers 35, also nach der ersten Bremsstufe, bis zum vollen Bremszylinderdruck auf einem dem Bremszylinderhöchstdruck entsprechenden Druck konstant gehalten, unabhängig vom jeweils zur Verfugung

stehenden Druck im Vorratsbehälter 41. Dies kommt der Empfindlichkeit und der Einstellgenauigkeit, also der Stufbarkeit des Dreidruckorgans zugute, da zum öffnen des Einlaßventils 29 geringe und stets gleich große Schaltkräfte aufgebracht werden müssen. Weil durch den Höchstdruckbegrenzer der vor der Steuerdüse 27 stehende Druck auf den maximalen Bremsdruck eingestellt und konstant gehalten wird, ist auch eine vom Druck im Vorratsbehälter 41 unabhängige Mengensteuerung gewährleistet, d. h. die Füllseite des Bremszylinders 33 wird durch unterschiedliche Drücke im Vorratsbebehälter 41 nicht beeinflußt. Auch können dem Raum 26 über die nicht dargestellte Leitung größere Luftmengen zu Steuerzwecken entnommen werden, ohne daß die Steuerung über das Dreidruckorgan in nachteiliger Weise beeinflußt werden würde.

Der Strömungsleitkörper 21 bewirkt mit seinem Ende 22, daß bei einem Abheben des Ventiltellers 4 vom Sitz 12, während zum Einlaßventil 29 Druckluft strömt, die Strömungsgeschwindigkeit in der Bohrung 23 der Ventilbuchse 13 erhöht ist. Da der Raum zwischen Membran 5 und Einsatz 9 mit der Bohrung 23 an der engsten Stelle zwischen Strömungsleitkörperende 22 und Bohrung 23, also im Bereich der größten Strömungsgeschwindigkeit der die Bohrung 23 durchströmenden Luft kommuniziert, wird der auf die Membran 5 und den Membranteller 2 wirkende statische Druck schnell weiter vermindert, so daß der Abstand zwischen dem Ventilsitz 12 und dem Ventilteller 4, also der Öffnungshub des Höchstdruckbegrenzers. unter der Federkraft 14 größer wird. Dies hat zur Folge, daß der Luftdurchsatz durch den Höchstdruckbegrenzer. d. h. das in der Zeiteinheit durchströmende Luftgewicht beträchtlich erhöht wird, so daß sich eine merkliche Verkürzung der Bremszeiten ergibt.

Vorzugsweise ist der freie Ringquerschnitt zwischen Innenfläche der Bohrung 23 und dem Strömungsleitkörperende 22 entsprechend dem durchströmenden Luftgewicht zu wählen. Die Wirkung des Strömungsleiikörpers 21 ist dann optimal.

Sobald in der Bohrung 23 ein den Bremszylinder-Höchstdruck etwas überschreitender Druck — die Drucküberhöhung ist von der Strömungsgeschwindigkeit, damit von der Druckluftaufnahme des Einlaßventils 29 abhängig — erreicht ist ergibt sich über der Membran 5 der genannte Höchstdruck und Membranteller 2 mit Schaft 3 und Ventilteller 4 werden gegen die Federkraft 14 abgesenkt, d. h., das Ventil 11,12 schließt zumindest teilweise und drosselt kurzzeitig die Druckluftnachströmung in die Bohrung 23. In der Bohrung 23 sinkt daher die Strömungsgeschwindigkeit, an der Mündung der Bohrungen 25 und damit im Raum über der Membran 5 steigt der statische Druck rasch an und bewirkt ein völliges Schließen des Ventils 11,12, also des Höchstdruckbegrenzers. Die Anordnung ist derart dimensioniert, daß bis zum Erreichen eines Druckausgleiches zwischen der Bohrung 23 und den mit dieser weiterhin kommunizierenden Räumen in ersterer eine Drucksenkung auf den Höchstdruck eintritt. Der Höchstdruck-Begrenzer bleibt dabei geschlossen.

Aus der geschilderten Funktionsweise ergibt sich, daß das Ventil 11, 12 in Ruhe stets weit geöffnet oder geschlossen ist. Drosselungsvorgänge an diesem Ventil nur kurzzeitig beim Schließvorgang auftreten. Bis unmittelbar vor Erreichen des Höchstdruckes bestimmt daher nur die Düse 27 den Füllquerschnitt für das

ίο Einlaßventil 29 bzw. den Bremszylinder 33.

In Fig.2 ist eine Variante des Strömungsleitkörpers 21 wiedergegeben. Dieser ist als Konus ausgebildet, welcher sich zum Ventilsitz 12 hin erstreckt und verjüngt und einen mittleren Längskanal 45 aufweist.

Der Strömungsleitkörper 21 wird mit seinem zapfenförmigen Ende 42 in die Axialbohrung 18 des hohlen Schaftes 3 eingesetzt. Der Konus weist an der Basis einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser des Ventilsitzes 12. In der Lage des Höchstdruckbegrenzers gemäß F i g. 1 erstreckt sich der Konus vom Ventilteller 4 weg, um mit seiner freien Stirnfläche 43 in der Bohrung 23 zu liegen, und zwar in Höhe des Ventilsitzes 12. Die vom Raum 19 in die Bohrung 23 strömende Luft strömt an der konischen Umfangsflanke 44 des Strömungsleitkörpers 21 vorbei, welche in der Nähe der Stirnfläche 43 geringfügig konkav gewölbt ist und der Raum zwischen Membran 5 und Einsatz 9 kommuniziert mit dem mittleren Bereich der Bohrung 23, welcher an die Stirnfläche 43 des Strömungsleitkörpers 21 anschließt so daß der auf die Membran 5 und den Membranteller 2 einwirkende statische Druck wiederum vermindert und der Abstand zwischen Ventilteller 4 und Ventilsitz 12 vergrößert ist.

Der Strömungsleitkörper 21 gemäß F i g. 1 bzw. 2 ist beispielsweise durch Preßsitz im hohlen Schaft 3 gehalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Steuerventil für Druckluftbremsen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, mit einem Dreidruckorgan zur mittelbaren oder unmittelbaren Überwachung des Bremszylinderdruckes und einem den Druckanstieg im Bremszylinder auf einen festgelegten Höchstwert begrenzenden Höchstdruckbegrenzer in einer Verbindungsleitung zwischen dem Vorratsbehälter und dem Einlaßventil des Dreidruckorgans, wobei der Höchstdruckbegrenzer vom Druck in der Verbindungsleitung zwischen dem Einlaßventil des Dreidruckorganes und dem Sitz des Höchstdruckbegrenzers in Schließriclitung beaufschlagt ist, und wobei der in einem vom Vorratsbehältcrdruck beaufschlagten Druckraum angeordnete und vom Vorratsbehälterdruck entlastete Ventilkörper des Höchstdruckbegrenzers, aus einem Ventilteller und einem mit diesem über einen eine Längsbohrung aufweisenden Ventilstößel verbundenen, in einem mit dem Druckraum nur über die Längsbohrung in Verbindung stehenden Beaufschlagungsraum befindlichen Ventilkolben besteht, der über die genannte Längsbohrung bei einem bestimmten Baufschlagungsdruck im zwischen dem Dreidruckorgan und dem Höchstdruckbegrenzer liegenden, eine Drosselstelle aufweisenden Teil der Verbindungsleitung den Ventilteller entgegen der Kraft einer Feder in seine Schließstellung bringt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (4) ventilsitzseilig im Abströmungsbereich des Druckmittels, zur Verminderung des auf den in Öffnungsstellung befindlichen Ventilkolben (2) einwirkenden Druckes einen mit dem zugehörigen Ventilsitz (12) und der anschließenden zylindrischen Ventilsitzbohrung (23) in bekannter Weise zusammenwirkenden Strömungsleitkörper (21) trägt, der an der Stelle niedrigsten Druckes in der Strömung um den Körper (21) die Öffnungen mindestens eines bekannten, mit der Längsbohrung (18, 24) in Verbindung stehenden Querkanals (25) aufweist.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsleitkörper (21) an seinem freien Ende (22) düsennadelförmig ausgebildet ist und die öffnung des Kanales (24, 25 ) an der Stelle seines größten Durchmessers liegt.

3. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsleitkörper (21) mit konischer Umfangsflanke (44) ausgebildet ist, welche sich vom Ventilteller (4) weg verjüngend erstreckt und einen endseitig mündenden, mittleren Längskanal (45) aufweist.