DE2448511A1

DE2448511A1 - Luftsteuerventil

Info

Publication number: DE2448511A1
Application number: DE19742448511
Authority: DE
Inventors: Sham Lal Kurichh
Original assignee: Midland Ross Corp
Current assignee: Midland Ross Corp
Priority date: 1973-10-12
Filing date: 1974-10-11
Publication date: 1975-04-24
Also published as: GB1428438A; AR200544A1; ES205895U; SE7411645L; JPS5072079A; BR7407494D0; IT1022499B; ES205895Y; FR2247371A1

Description

Patentanwälte

Dr. O. Loe^enbeck

Dipl.-irg. Sfiixke

Dipl.-ing. L-.'CiJt-nbeck
48 Bielefeld, Herforder Strafte 17

S COBPORATIOM, 55, Public öquare, Cleveland,

Ohio 4411 J

Llix t s t e u e r ν ent i 1

Die Erfindung betrifft Luftsteuerventile für Driickluf-cbremsanlagen. Luft steuerventile, die in Druckluftbremsanla^en arbeiten, müssen große Druckluftvolumen steuern, die im !Betrieb von einem Druckluftspeieher zu den druckluftbetätigten Bremskammern strömen, um die Bremsen zu betätigen, und aus diesen Druckluftbremskammern durch das Luftsteuerventil in die Atmosphäre zum Lüften der Bremse. Große Luftvolumen müssen dabei schnell gesteuert werden, um den erforderlichen Bremsbedingungen zu entsprechen. Demzufolge müssen die .cteuernden Teile sich schnell bewegen und im Hinblick auf das große zu steuernde Luftvolumen und die Masse der sich bewegenden iEeile neigen die Luftsteuerventile zum Überkompensieren. Es resultiert hieraus ein Hin- und Herschlagen der Teile, und bei den vorbekannten Luftsteuerventilen tritt oft ein sogenanntes flattern ein, wenn sie einen Gleichgewichtspunkt suchen. Dies ruft einerseits störende Geräusche hervor, und andererseits wird hierdurch Druckluft vergeudet, die ergänzt werden muß. Hierdurch wird die. Bremsanlage unwirksam.

Es ist bekanntgeworden, diese unerwünschten Erscheinungen dadurch abzuschwächen, daß die Luftströmung von der Druckluft- " zufuhr zu. den Bremsbetätigern am äad des Fahrzeuges und von

S09817/0803

BAD 0RK31NAL

letzteren zur Atmosphäre begrenzt wird. Dies ist Jedoch insofern nachteilig, als eine rasche Luftströmung hierdurch erheblich behindert wird, so daß derartige Vorrichtungen ungeeignet sind, die heutigen hohen Anforderungen an Bremsanlagen dieser Art zu erfüllen, die in manchen Ländern strengen gesetzlichen Regelungen unterworfen sind.

Der vorliegenden Erfindung lie^/c daher die Aufgabe zugrunde, ein Luftsteuerventil zu scha_fen, das die Bewegung der steuernden Seile abdämpft, ohne in merkbarer rfeise den Luftstrom zu und von den .Bremsen zu behindern.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus den Patentansprüchen. Hit der· üra-lnauri^ ist ein Luft steuerventil geschaffen, in dem variabler Luftdruck auf ein Steuerglied, wie beispielsweise einen üolberi, einwirkt, der einen großen, auf den Druck ansprechenden Abschnitt und einen sehr viel kleineren, auf den Druck a.i sprechende η Abschnitt aufweist, wobei sich zwischen diesen beiden Abschnitten ein beschränkter Durchlaß befindet. Der größere, auf den Druck ansprechende Abschnitt wire, zunächst von dem variablen Steuerdruck beaufschlagt und bewirkt dabei eine schnelle Bewegung des Steuerkolbens, während welcher Bewegungszeit Luft begrenzt und dosiert durch den beschränkten Durchlaß zwischen aen beiden auf den Druck ansprechenden Abschnitten hindurchströmt und auf den kleineren, auf den Druck ansprechenden Abschnitt wirkt, so daß die Jioloenbewegung abgedämpft wird, wenn sich der Kolben der gewünschten oteuerstellung nähert. Dies geschieht sowohl in der xiremsbetätigimg sri chtung als auch in der üremslüftungsx-ichtung, in denen jeweils Luft zu der Steuerkammer zugeführt oder von ihr abgelassen wircu

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegeiistandss wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieoen.

5098 1 7/0803

BAD ORK31NAL

Die Zeichnung zeigt ein Luftsteuerventil gemäß der Erfindung im Querschnitt, wobei die zugehörigen Teile der Druckluftbremsanlage schematisch gezeigt sind. .

aus der Zeichnung ersichtlich, ist ein Luftsteuerventil 10 vorgesehen, das in einer üblichen Druckluftbremsanlage eines Fahrzeuges eingesetzt wird. Die Druckluftbremsanlage beinhaltet ein fußbetätigtes Ventil 12, das Druckluft von einer Druckluftquelle (nicht dargestellt) erhält und das variablen Luftdruck durch eine Leitung 18 zu einem Steuereinlaß 20 in dem Gehäuse 22 des Luftsteuerventiles 10 liefert. Das fußbetätigte Ventil 12 ist ein solches, das Druckluft im Verhältnis zur Größe der Pedal-liederdrückung liefert und es kann somit als Quelle für einen variablen Steuerdruck angesehen werden. Ferner ist mit dem Luftsteuerventil 10 ein Betriebsspeicher 24- verbunden, der Luft über eine Leitung 26 zu einem Versorgungseinlaß 28 liefert, der sich im Gehäuse 22 des Luftsteuerventiles 10 befindet. Die Luft von dem Versorgung seinlaß 28 wird in nachstehend im einzelnen zu beschreibender Weise zu einem Abgabeeinlaß 30 geleitet, der über eine Leitung J2 mit den Bremsbetätigern verbunden ist, von denen einer mit Bezugsziffer 34- angedeutet ist und mit denen die Bremsen am Rad eines Fahrzeuges betätigt werden können.

Das Gehäuse 22 des Luftsteuerventiles 10 beinhaltet einen oberen Abschnitt 36-und einen unteren Abschnitt 38, die mittels Schraubenbolzen 39 fest miteinander verbunden sind. Ein relativ großer 0-Ring 4-0 bildet eine druckdichte Abdichtung zwischen den Abschnitten 36 und 38.

Der ungftere Abschnitt 38 des Gehäuses 22 bildet eine zylindrische Bohrung 4-2, die ein großes Steuerglied in Form eines

50981 7/0803

BAD ORIGINAL

Kolbens 44- aufnimmt. Der Kolben 44 ist mit einer an seineia Umfang befindlichen Nut 46 versehen, in der sich eine O~Ringdichtung 48 befindet, die an der Wandung der Bohrung 42 liegt und eine mediumdichte Abdichtung zwischen den einander entgegengesetzten Seiten des Kolbens 44 bewirkt. Der Steuerkolben 44 weist einen kleineren Kolbenabschnitt 50 auf, der axial zum Kolben 44 liegt und in einer Bohrung gleitet, die sich im oberen Gehäuseabschnitt 36 befindet. In der Bohrung 52 ist eine Regulierkammer 54- oberhalb des Kolbenabschnittes 50 gebildet, die mit einer Steuerkammer 56 oberhalb des Kolbens 44 über einen beschränkten ringförmigen Durchlaß in "Verbindung steht, der dadurch gebildet ist, daß der Kolbenabschnitt 50 einen relativ losen Sitz in der Bohrung 52 hat. Die Steuerkammer 56 steht über den Durchlaß 5.8 in leitender Verbindung mit dem Steuereini aß

Ein gummiähnliches Tentilstück 60, das mit einer Verstärkungsplatte 62 versehen ist, ist mittels einer Schraube 64 auf der Unterseite des Kolbens 44 befestigt. Der Kolben 44 und das daran befestigte Ventilstück 60 werden nach oben in die in der Zeichnung dargestellte Stellung mittels einer Feder, 66 gedrückt, die zwischen der Unterseite des Kolbens 44 und einer Stirnwand der zylindrischen Bohrung 42 wirkt.

In der dargestellten Stellung befindet sich das Ventilstück 60 abständig von seinem Sitz, kann aber in der Wirkstellung sich auf eine ringförmige Sitzlippe 70 aufsetzen, die sich am oberen Ende eines Rohres 72 befindet. Das Rohr 72 ist gleitend in einer Bohrung 73 abgestützt, die sich in einer Verschlußkappe 74 befindet, die in einer Öffnung 75 im unteren Ende des Gehäuseabschnittes 38 angeordnet ist. Die Verschlußkappe 74· ist gegenüber der Bohrungswandung der Öffnung 75 mittels eines O-Ringes 76 abgedichtet und ist mittels eines Sprengringes 77 an Ort und Stelle gehalten. Die Verschlußkappe 74- ist mit einer Aus laß öffnung 7& ver-

509817/0803

BAD ORIGINAL

sehen, die die Bohrung 73 und das Innere des Rohres 72 mit der Atmosphäre verbindet.

Mittels einer Dichtung 62 ist während einer Gleitbewegung des Rohres- 72 in der Bohrung 73 die mediumdichte Abdichtung zur Bohrungswand aufrechterhalten.

Das Rohr 72 ist abständig von seinen beiden landen außenseitig mit einem Ii¹I an sch 84 versehen, auf dem ein rin^xörmiges, im Ringquerschnitt u-fönniges Ventilstück 86 angeordnet ist. Das Ventil stück 86 ist auf dem Jb¹I ans ch b4 aurch einen Rückhaltering 83 gehalten, der zugleich ein Gegenlager für das eine JEnde einer leder 90 bildet, deren anderes -ώιό-β in einer Ausnehmung 92 in der Verschlußkappe 74 abgestützt ist. Hit der Jeder 90 wird das Rohr 72 nach oben gedruckt, so daß das Ventilstück 86 auf einer ringförmigen oitziippe 94 aufsitzt, die sich an dem Gehäuseabschnitt 33 befindet.

In der in der Zeichnung dargestellter, dt el lung steht das Innere des Rohres 72 über die Auslaßöffnung 78 in leicenäer Verbindung mit der Atmosphäre und durch das obere offene .Ende des Rohres 72 mit einem großen Hohlraum 96, d.er in der zylindrischen Bohrung 42 unterhalb des Steuerkoloens 44 gebildet ist. Der große Hohlraum 96 steht lerner über einen aus der Ventilachse versetzten Durchlaß 98 mit dem Abgabeeinlaß 30 in Verbindung, der seinerseits über die Leitung 32 mit dem Bremsbetätiger 3^ verbunden ist. Sitzt das Vcntilstück 86 auf seiner Sitzlippe ty¹+ auf, ist eine ringförmige Eammer 100 rund um den Außenmantel des Rohres 72 gebildet, die in leitender Verbindung mit dem Versorgungseinlaß 28 steht, der über die Leitung 25 mit dem Betriebsspeieher 24 verbunden ist.

Unter normalen Betriebsbedingungen und bei unbetätigten Bremsen nehmen die verschiedenen Teile des Luftsteuerventiles die in der Zeichnung dargestellte Stellung ein. Der Aogabe-

509817/0803

einlaß 30 steht über den Durchlaß 98 mit dem Hohlraum 96 in Verbindung und dieser über das oi'fene Rohr 72 über die Auslaßöffnung 78 mit der Atmosphäre, Somit ist der Brenisbetätiger 34 gelüftet und die Bremsen befinden sich in der unbetätigten Stellung. Gleichzeitig ist der Versorgungseinlaß 28 über das geschlossene Ventil 86, 94- von dem Bremsbetätiger 34 abgetrennt.

Bei einer Abwärtsbewegung des ,Steuerkolbens 44 bewegt sich das Ventilstück 60 nach unten und setzt auf seine Sitzlippe 70 auf, so daß sich das offene jinde des Rohres 72 schließt und der Abgabeeinlaß 30 von der Auslaßöffnung 78 abgetrennt wird. i)ine weitere Abwärtsbewegung des Kolbens ¹V¹I-' führt zur Mitnahme und Abwärtsbewegung des Rohres 72 innerhalb der Bohrung 73 iß- der Verschlußkappe 74» wodurch das Ventilstück 86 von seiner ringförmigen oitzlippe 64 fortbewegt wird, so daß der große Hohlraum 96 unterhalb des Steuerkolbons 44 in leitende Verbindung mit dem Versorgungseinlaß 28 gebracht wird, wobei die Abtrennung des großen Hohlraumes 9'o von der Auslaßöffnung 78 aufrechbe-Cxialten bleibt, da das Ventil stück 60 in seiner ,Schließstellung auf der oitzlippe 70 aufsitzt.

jJie Abwärtsbewegung des Steuerkolbens 44 zur Betätigung der Bremsen steht unter der Kontrolle von Druckluft, die bei eingestelltem Druck von dem fußbetätigten Ventil 12 zu dem Steuereinlaß 20 gefördert wird und die von dort zu der Steuerkammer 56 U-Q-d der Segulierkammer 54 strömt. Die Rücklauf- bzw. Aufwärtsbewegung des Kolbens 44 tritt ein, wenn eier Steuerdruck am Steuereinlaß 20 absinkt. Die Rückführung ge^chiehc dank der v/irkung der Pc dor 66 zusammen mit dem Druck in der Kammer 96, wobei beide Komponenten auf die Unterseite des Kolbens 44 wirken, dieser Druck baut sich infolge der Druckbeaufschlagung des Versorgungseinlasses 28 auf. Dieser Druck wirkt auf die Unterseite des Kolbens 44 über eine Wirkfläche annähernd gleich einer Ringfläche mit einem Außenumfang, def-i-

50981 7/0803

BAD ORiCsINAL

niert durcli die Dichtung 46 des Kolbens 44, und einem inneren Umfang, definiert durch, die Dichtung 82 des Hohres 72.

Wenn die Wirkung des Druckes in der Kammer 96 zusammen mit der Kraft der leder 66 größer ist als die Wirkung des Druckes in den Kammern 5^· und 56, wird der Kolben 44 nach oben gedrückt. Sind die Wirkungen oberhalb und unterhalb des Kolbens 44 gleich, nehmen die zugeordneten Komponenten eine Zwischenstellung ein, in der das Ventilstück 60 in Schließstellung auf seiner Sitzlippe 70 sitzt und das Ventilstück in Schließstellung auf seiner Sitziippe 94. In dieser Stellung sind der Versorgungseinlaß 28, der Abgabeeinlaß 30 und die Auslaßöffnung 78 voneinander und von der Kammer 96 abgetrennt. Dies ist die Haltestellung des Luftsteuerventiles und ist die Betriebsbedingung des Ventiles, wenn die Bremsen bis zu einem gewünschten Ausmaß betätigt worden sind und auf diesem Betätigungsmaß gehalten werden sollen. Jede nachfolgende Druckänderung am Steuereinlaß 20 resultiert entweder in einem Lüften der Bremsen oder in einer weiteren Betätigung der Bremsen.

Die Art und Weise, in der der Steuerdruck in den. Kammern 54- und 56 zum Einsatz kommt, bringt die gewünschten ifunktionseigenschaften des Luftsteuerventiles und verhindert ein Hin- und Herschlagen der verschiedenen beweglichen steuernden Teile. Wird der Steuereinlaß 20 mit Druckluft beaufschlagt, wirkt der Druck anfänglich in der Kammer 56 über eine auf den Druck ansprechende Fläche an der Oberseite des Kolbens 44, die definiert werden kann als eine relativ breite Eingfläche gleich der ümfangsfläche des gesamten Kolbens 44 abzüglich der Umfangsfläche des Kolbenabschnittes 50. Der Kolben 44 wird hierdurch nach unten bewegt und zur gleichen Zeit wird Druckluft aus der Kammer 56 in dosierter begrenzter Menge durch den beschränkten ringförmigen Durchlaß zwischen dem Kolbenabschnitt 50 und der zylindrischen v/andung der

509817/0803

BAD ORIGINAL

-Q-

±5ohrung 52 in die Kammer 54 geleitet, so daß sich der Druck in den Kammern 5^ und 56 au dem Zeitpunkt ausgleicht, in dem die Teile des Ventiles in Längsachsenrichtung gesehen die Stellung erreichen, in der die Bremsen im gewünschten Ausmaß betätigt werden. Nachfolgend sei ein Zahlehbeispiel, basierend auf den Druckgrößen angegeben. V/enn beispielsweise die Bremsen in einem Ausmaß Detätigt werden sollen, das einen

Druck von 4,22 kp/cm in der Kammer 96 erfordert, würde die anfängliche Abwärtsbewegung des Kolbens 44 eine Druckbeaufschla_oLUig von 3,87 kp/cm mit relativ hoher Aufbringungsge-

schwindigkeit oewirken, während die restlichen 0,55 kp/cm langsamer aufgebracht werden, da sich die Drücke in den Kammern y\ und 56 ihrem Ausgleich nähern und der zusammengesetzte Kolben, eier sich aus dem Kolben 44 und dem KoIbenabschnitt 50 bildet, wirksam wird.

Die wirkung der Kammern 5^ und 56 äußert sich auch beim Lüften aer Bremsen, "rfenn die Bremsen ausgehend von einem Punkt gelüftet werden sollen, bei dem die Drücke in den Kammera j>4 und 56 ^isich sind, wird das fußbetätigte Ventil 12 freigegeben, um aie Luft aus dem titeuereinlaß 20 abzulassen. Anfanglich wird die Luft schnell aus der Dteuerkammer 56 abgelassen, was eine aufwärtsbewegung des Kolbens 44 ermö^licnt. Ziur gleichen Zeit wird Luft langsamer aus der Hegulierkaminer 54 durch den ringförmigen Durchlaß zwischen dem Kolbenabschnitt 50 und der Wandung der Bohrung 52 abgelassen, so daß die Drücke sich ausgleichen, wenn die verschiedenen ieile des Luftsteuerventiles in die Stellung zurückkehren, in der sie in der zeichnung dargestellt sind, vf/enn beispielsweise die Bremsen in einem Ausmaß betätigt worden sind, das einen Druck von 4,22 kp/cBi in der Kammer 96 bewirkt, würde ein Lüften der Bremsen von diesem Punkt auf schnelle Weise bis ::u

- 2

einem Punkt geschehen, bei dem der Druck etwa 0,55 kp/cm beträgt. Danach würde der Druck langsamer abfallen, da die Luft

50981 7/0803

BAD ORIGINAL

in der Regulierkammer 5^ nur nach und nach über den beschränkten Durchlaß abgelassen wird, bis der Druck in der Kammer 5^· gleich dem Druck in der Steuerkammer 56 geworden ist.

Die Regulierkammer 54 ..'irkt bei einer Betätigung in Richtung der Bremslüftung als Dämpfer und bei einer Betätigung in Richtung der Bremsenbetätigung als Verzögerer. Der Mechanismus der Luftsteuerventiles ist so konstruiert, daß die Eegulierkammer 54 <3JLe Bewgung des Kolbens 44 dämpft, wenn sich dieser dem Ende seines Abwärtshubes bei der Bremsbetätigung und dem Ende seines Aufwärtshubes beim Lüften der Bremsen nähert. Es hat sich herausgestellt, daß die Kammern 54 und 56 ein Hin- und Herschlagen der verschiedenen 'feile des Ventiles wirksam verhindern, wenn diese sich der Haltestellung~ nähern. Dieser Vorteil ergibt sich aus der /erwencung von Drücken zum Steuern der Bewegung der relativ großen Masse der Kolben 44 und 50· Mit der Abdämpfung der Bewegung der Kolben, insbesondere wenn sie sich ihrer -^ndsteilung nähern, sind die verbleibenden Einflüsse .auf die anderen, sich oewogenden stellenden Teile des Luftsteuerventiles derart zugleich herabgesetzt, daß diese Teile ihren Gleichgewichtspunkt ohne 'Überkompensieren finden können. Durch das Vermeiden des Hin- und Herschiagens, insbesondere wenn sich die 'feile des Luftsteuerventiles ihrer Haltestellung nähern, ist das erfindungsgemäße Luftsteuerventil besonders wirtschaftlich bei der Steuerung großer Luftmengen, die von dem Versorgungseinlaß zum Abgabeeinlaß und vom Abgabeeinlaß zur Atmosphäre gefördert werden müssen.

Vorstehend wurde ein Luftsteuerventil für Druckluftoremsanlagen von !fahrzeugen beschrieben, mit einem zusammengesetzten Kolben als Steuerglied. Das Steuerglied öffnet und schließt ein Ventil, .mit dem Druckluft zu den Bremsen eines !fahrzeuges geführt wird. Der Kolben bildet eine Steuerkammer und eine

509817/080 3

BAD ORfGJNAL

davon getrennte, kleinere Kegulierkammer, wobei die beiden Kammern durch einen beschränkten Durchlaß miteinander verbunden sind. Jie Kontrollkammer ist mit variablem Kontrolldruck beaufschlagbar, der in begrenzter dosierter Form von und zur Eegulierkammer durch den beschränkten Durchlaß geleitet wird, so daß der zusammengesetzte Kolben sich anfänglich schnell und nachfolgend langsamer bewegt, wenn er sich einer gewünschten gesteuerten Stellung nähert, um ein Hin- und Herschlagen der Ventilteile zu verhindern.

Erfindungsgemäß ist insbesondere ein Luftsteuerventil erläutert worden, das die Bewegung der steuernden Teile derart abdämpft, daß der Dämpfungseffekt erreicht wird, wenn die
steuernden Teile sich einer Stellung nähern, die dem gewünschten Ausmaß der Bremsbetätigung oder Bremslüftung entspricht.

50981 7/0803

Claims

Patentansprüche

1. LuftSteuerventil für Druckluftbremsanlagen mit einer Be-

• -^triebsdru^kquelle und einer Quelle für einen Variablen

Steuerdruck, mit einem-in eine Bremsbetätigungsstelliing und eine Bremslüftstellung bewegbaren Yentilstück und einem Betätigungsglied für das Ventilstück, aadurch g e kennz eichnet , daß das Betätigungsglied (44,50) auf seiner einen Seite zwei verschiedene vom Luftdruck beaufschlagbare flächen hat und in dem Ventilgehäuse (1O) ein Durchlaß zwischen zwei an die beiden flächen angrenzenden Lufträumen vorgesehen ist, durch den der freie Luftdurchtritt zwischen den Lufträumen im Sinne einer Dämpfung der bewegung des Betätigungsgliedes (44,50) beschränkt ist.

2. Luftsteuerventil nach Anspruch 1, aadurch gekennzeichnet, daß die eine vom Luftdruck be auf schlagbare !fläche größer als die andere ZLäche ist.

3. Luftsteuerventil nach Anspruch 1 oaer 2, aadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied zwei KoIbenabsclinitte (44 und 50) aufweist, die die beiden vom Luftdruck Deaufschlagbaren Flächenabschnitte bilden.

4. Luftsteuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolbenabschnitte (44 und 50) einstückig miteinander oder fest miteinander verbunden im Sinne einer gemeinsamen Bewegbarkeit sind.

5. Luftsteuerventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kolbenabschnitte (44 und 50) jeder teilweise eine gesonderte Kammer (54 und 56) auf der einen Seite der beiden mit Druck be auf schlagbaren Flächen definieren, wobei diese Kammern (54 und 56) die genannten Lufträume bilden und der beschränkte Durchlaß diese beid2n Kammern (54 und 56)

miteinander verbindet.

5 09817/0803

BAD ORIGINAL

6. Luftsteuerventil nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der kleine KoIbena"bschnitt (50) gleitend in einer Bohrung (52) des Gehäuses (10) gelagert ist und daß der kleine Kolbenabschnitt (50) und die Bohrung (52) den beschränkten ringförmigen Durchlaß zwischen- den beiden Kammern (54 und 56) definieren.

7. Luftsteuerventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen Seite des Yentilbetätigungsgliedes (44,50) eine die Bremskraft modulierende Kammer (96) gebildet ist, mit der ein Abgabeeinlaß (50) verbunden ist und mit der durch die Bewegung des Ventilstückes (86) ein Yersorgungseinlaß (28) verbindbar ist derart, daß das Betätigungsglied (44,50) in eine zweite Stellung in Abhängigkeit des effektiven Druckes in der Kammer (96) bewegbar ist, wenn dieser Druck größer ist als der wirksame Druck in den Steuer- und Regulierkammern (54- und 56).

509817/0803