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Einstellbares Druckübersetzungs- bzw.
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-untersetzungsventil Die Erfindung betrifft ein einstellbares Druckübersetzungs-
bzw. -untersetzungsventil, wobei das Verhältnis zwischen Steuerdruck und ausgesteuertem
Druck durch das Flächenverhältnis der vom jeweiligen Druck beaufschlagten Kolbenflächen
gebildet wird, wobei ein Membrankolben vorgesehen ist, dessen vom ausgesteuerten
Druck beaufschlagte Fläche sich lageabhängig vergrößert bzw. verkleinert und der
ein den ausgesteuerten Druck steuerndes Doppelventil mit einem im Ventilgehäuse
verschieblich gelagerten Ventilsitz betätigt.
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Bei bekannten, für den Betrieb mit einem bestimmten von mehreren möglichen
Ubersetzungsverhältnissen vorgesehenen Drucküber- bzw.-untersetzern kann das bestimmte
Übersetzungsverhältnis zwischen Steuerdruck und ausgesteuertem Druck nur durch das
Auswechseln bestimmter Einzelteile, die ein neues Flächenverhältnis von Steuerkolbenflächen
bestimmen, eingestellt werden.
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Es ist weiterhin ein Bremskraftregelventil bekannt, bei dem sich die
fläche eines Steuerkolbens auf der bremszylinderdruekbeaufschlagten Seite hubabhängig
vergrößert bzw. verkleinert. Die Lage des Kolbens wird von der Stelluxig eines Auslaßventilsitzes
bestimmt, der über einen Hilfskolben gesondert gesteuert wird. Das Verhältnis des
Steuerdrucks zum ausgesteuerten Druck bestimmt sich durch das Verhältnis der vom
Steuerdruck beaufschlagten Kolbenfläche zur wirksamen, vom ausgesteuerten Druck
beaufschlagten Fläche (US-PS 3 228 731). Infolge der Lagesteuerung des Auslaßventilsitzes
mittels des Hilfskolbens ist das Bremskraftregelventil jedoch nicht zur Verwendung
als Drucküber- bzw.-untersetzer mit einem bestimmten, fest eingestellten Übersetzungsverhältnis
geeignet.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Druckübersetzungs-bzw. -untersetzungsventil
der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, bei dem innerhalb eines bestimmten, möglichen
Ubersetzungsbereiches eine stufenlos feste Einstellung eines Ubersetzungsverhältnisses
möglich ist, ohne daß Einzelteile des Ventils ausgechselt werden müssen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Nembrankolben
mit dem axialverschieblichen Auslaßsitz des Doppelventils zusammenwirkt, dessen
Einlaßventilkörper mit dem Auslaßsitz starr gekuppelt ist, und daß der Einlaßsitz
im Ventilgehäuse axial fest einstellbar ausgebildet ist. Durch eine einfache Einstellung
des Einlaßsitzes läßt sich damit in bestimmten Grenzen ein beliebiges bestimmte
Untersetzungs- bzw. -übersetzungsserhältnis zwischen Steuerdruck und ausgesteuertem
Druck fest einstellen.
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Zur Einstellung eines Ubersetzungsverhältnisses ist es vorteilhaft,
wenn die vom ausgesteuerten Druck beaufschlagte Fläche des Membrankolbens in einem
bestimmten Bereich des möglichen Hubes des Kolbens kleiner als die vom Steuerdruck
beaufschlagte-Fläche ist und wenn das Einlaßventil mit Vorratsdruck beaufschlagt
wird, der höher als der Steuerdruck ist.
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Falls lediglich eine Untersetzung des Steuerdruckes gewünscht wird,
kann das Einlaßventil, wie an sich bekannt, mit Steuerdruck beaufschlagt werden
und ein Anschluß an den Vorratsdruck entfällt.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Auslaßventilsitz, wie
an sich bekannt, von der oberen Öffnung eines verschiebbaren Ventilrohres gebildet,
dasden Einlaßventilsitz durchsetzt, wobei dieser mittels eines am unteren Ende des
Ventilrohres angeordneten, sich radial nach außen erstreckenden Flansches verschließbar
ist.
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Vorzugsweise ist dabei das Ventilrohr durch Federkraft gegen den Einlaßventilsitz
gepreßt.
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Für eine leichte und exakte Verstellung des Einlaßventilsitzes ist
dieser vorzugsweise in einem stopfenartigen Teil ausgebildet, der ein Außengewinde
trägt und in einem Gegengewinde des Ventilgehäuses justierbar und mittels Sperrmittel
festlegbar eingeschraubt ist.
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Nachstehend ist eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigen: Fig. 1 einen schematischen
Querschnitt durch das Ventil, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Membrankolben des Ventils.
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Das Ventil besteht nach Fig. 1 aus einem Gehäuse 10, in dem ein einen
Membrankolben 12 und ein Kolbenteil 12' umfassendes Kolbensystem frei verschieblich
geführt ist.
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Das Kolbensystem 12, 12' trennt eine mit dem Steuerdruck p5 beaufschlagte
Kammer 14 von einer weiteren Kammer 16, in welcher der auszusteuernde Druck pgZ
herrscht. Die Begrenzung der Kammer 16 zum Kolbensystem 12, 12' wird durch eine
Membran 18 gebildet, die dichtend mit der Gehäusewandung entlang des gesamten Umfangs
der Kammer 16 verbundes ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der verdickte
Rand der Membran 18 von einer in Umfangsrichtung des Gehäuses laufenden Nut 20 aufgenommen.
Die Fläche bzw. die Elastizität der Membran 18 ist so gewählt, daß sie sich in gewissen
Grenzen nach oben und unten durchwölben kann. Die Klammer 16 wird auf der der Membran
18 gegenüberliegenden Seite von einer festen Wand 11 begrenzt, in deren Mitte ein
Einlaßventilsitz 22, wie später erläutert, axial verstell- und festlegbar ausgebildet
ist. Der Einlaßventilsitz 22 wird von einem Ventilrohr 24 durchsetzt, dessen unterhalb
des Einlaßventilsitzes 22 ausgebildeter, sich radial nach außen erstreckender Flansch
26 den Einlaßventilsitz 22 schließen kann, wenn das Ventilrohr 24 nach oben bewegt
wird. Am oberen Ende des Ventilrohres 24 ist ebenfalls ein sich nach außen erstreckender
Flansch 28 angeordnet, der einen Auslaßventilsitz darstellt, der von der. Nembran
18
verschlossen wird 1 wenn diese sich gegen den Flansch 28 anlegt.
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Der Einlaßventilsitz 22 trennt einen Raum 30 von dem Raum 16. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel ist der Raum 30 über Anschluß 32 mit Vorratsdruck versorgt.
Der Boden des Raumes 30 wird vom unteren offenen Ende des Ventilrohres 24 bei 33
dichtend verschieblich durchsetzt. Der Durchmesser der Schiebeführung 33 entspricht
den einander gleichen Dichtdurchmessern des Einlaß- und des Auslaßventilsitzes 22
und 28, so daß das Ventilrohr 24 pneumatisch entlastet ist.
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Im Raum 30 befindet sich eine das Ventilrohr 24 in Andrückrichtung
des Flansches 26 an den Einlaßventilsitz 22 belastende Feder 31.
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Die Ausbildung des Membrankolbens 12 und des mit diesem zusammenwirkenden
Gehäuses ist aus Fig. 2 zu ersehen, die einen Schnitt entlang der Linie A-A der
Fig. 1 zeigt.
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Der Membrankolben 12 weist in diesem Bereich lediglich einen zentralen
Schaft 34 auf, der radial sich erstrekkende sternförmige Fortsätze36 trägt, die
von ihrem radial äußersten Ende schräg nach unten zur Mitte verlaufen. Einen Querschnitt
durch zwei einander gegenüberliegende Fortsätze 36 zeigt Fig. 1. Vom Gehäuse 10
ragen sich ebenfalls radial erstreckende Rippen 38 zwischen die Fortsätze 36. Die
Breite der Rippen 38 ist so bemessen,
daß ein ausreichendes Spiel
zu den Fortsätzen 36 des Kolbens 12 verbleibt, so daß dieser sich frei bewegen kann.
Die Unterseite der Rippen 38 ist, von der Wandung des Gehäuses 10 ausgehend, schräg
nach oben geneigt.
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Die Membran 18 legt sich unter dem in der Kammer 16 herrschenden Druck
gegen die untere Kontur des Membrankolbens 12 und des Gehäuses 10; sie beaufschlagt
daher je nach ihrer axialen Stellung einen Teil der Rippen 38 des Gehäuses 10 und
einen Teil der Fortsätze 36 des Membrankolbens 12. Je tiefer sich der Membrankolben
12 nach unten bewegt, desto größer ist der Flächeanteil der Fortsätze 36, der von
der Membran 18 beaufschlagt wird. Umgekehrt, je höhe sich der Membrankolben 12 nach
oben bewegt, desto größer wird der Bereich der Rippen 38, die von der Membran 18
beaufschlagt werden. Der Bereich der Membran, der an den Rippen 38 anliegt, kann
nicht als wirksame Kolbenfläche betrachtet werden und scheidet für das Kräftegleichgewicht
zwischen der vom Steuerdruck beaufschlagten Kolbenfläche einerseits und der vom
ausgesteuerten Druck PBz beaufschlagten Xolbenfläche andererseits aus.
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Der Einlaßventil 22 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einem
stopfenartigen Teil 40 angeordnet, das entsprechende Bohrungen 41 zum Verbinden
des Raumes 30 mit dem Anschluß 32 aufweist. Dieses Teil 40 ist an seinem äußeren
Umfang.! mit einem Außengewinde 42 versehen, das in nichtbesch6ebener,üblicher Weise
dicht in das Gehäuse 10 eingeschraubt ist. Durch ein einfaches Verdrehen des Teils
40 kann daher die Höhe des Einlaßventilsitzes 22 variiert werden. Mittels einer
Kontermutter 43 ist das Teil 40 in der jeweils eingestellten Lage sicher-und festlegbar.
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Das beschriebene Ventil arbeitet wie folgt: Sobald in die Kammer 14
ein bestimmter Steuerdruck eingesteuert wird, bewegt sich der Kolben 12' nach unten
und rückt entsprechend den Membrankolben 12 und die Membran 18 mit sich. Die Abwärtsbewegung
der Kolben 12, 12' setzt sich auch dann fort, wenn die Membran 18 auf den Auslaßventilsitz
28 trifft und die durch das Ventilrohr 24 verlaufende Verbindung vom Raum 16 zur
Atmosphäre verschließt. Das Ventilrohr 24 wird ebenfalls nach unten gedrückt, dadurch
öffnet sich jedoch gegen Federkraft der Einlaßventilsitz 22 zu dem Raum 30, der
über Anschluß 32 mit dem Vorratsdruck in Verbindung steht. Uber den Einlaßventilsitz
22 strömt Druckluft in den Raum 16 ein, in
welchem sich somit ein
Druck aufbaut. Sobald sich im Raum 16 ein ausreichender Druck aufgebaut hat, wird
die Membran 18 wieder nach oben gehoben. Die Membran bewegt sich zusammen mit den
Kolben 12, 12' so lange nach oben, bis sich der Flansch 26 gegen den Einlaßventilsitz
22 legt und das Einlaßventil sich damit schließt. Im Raum 16 herrscht zu diesem
Moment ein Druck, der vom Verhältnis der Fläche des Klolbens 12, die vom Steuerdruck
PS beauf schlagt wird, und der wirksamen Fläche des Membrankolbens 12, die vom auszusteuernden
Druck pBZ beaufschlagt' wird, abhängt. Das Flächenverhältnis kann auch durch das
Verhältnis der beiden Durchmesser D und Deff ausgedrückt werden, so daß gilt: p
x x 1? PBz ~ S Würde sich die Membran 18 weiter nach oben bewegen, würde der Auslaßventilsitz
28 freigegeben werden, was zu einem Druckabfall im Raum 16 und einem dadurch erfolgenden
Absinken der Kolben 12, 12' verbunden mit einer Oeffnung des Einlaßventilsitzes
22 führen würde. Der Druck im Raum 16 ist also direkt von der Lage des Auslaßventiles
28 bzw.
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des Einlaßventilsitzes 22 abhängig. Durch ein Herabschrauben des Einlaßventilsitzes
22 wird der Auslaßventilsitz 28 in seiner Aufwärtsbewegung früher festgehalten,
der
Membranko]ben 12 mit der Membran 18 kann sich tiefer nach unten bewegen, wodurch
die vom ausgesteuerten Druck beaufschlagte wirksame Kolbenfläche bzw. der wirksame
Durciunesser ansteigt, pBz wird also kleiner. Umgekehrt führt eine Aufwärtsverstellung
des Einlaßventilsitzes 22 zu einer Erhöhung des auszusteuernden Druckes, die sogar
soweit führen kann, daß der auszusteuernde Druck größer als PS wird. Betrachtet
man die oben angegebene Formel, so wird dies dann der Fall, wenn der effektive Durchmesser
der unteren Kolbenfläche kleiner wird als der Durchmesser der oberen Kolbenfläche
des Kolbensystems 12, 12'.
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Falls lediglich eine Druckuntersetzung gewünscht wird, kann der Anschluß
32 auch direkt mit dem Steuerdruck PS beaufschlagt werden, der zusätzliche Anschluß
an den Druckmittelvorrat entfällt dabei.