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Steuerventil für Druckluftbremsen, insbesondere für
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Schienenfahrzeuge.
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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 mittels eines Ventils auf einen festgelegten Höchstwert begrenzenden
Höchstdruckbegrenzer in einer Verbindungsleitung zwischen dem Vorratsbehälter und
dem Einlaßventil des Dreidruckorgans, wobei der Höcnstdruckbegrenzer vom Druck in
der Verbindungsleitung zwischen dem Einlaßventil des Dreidruckorgans und dem Ventilsitz
des Höchstdruckbegrenzers in Schließrichtung beaufschlagt ist, wobei der in einem
vom Vorratsbehälterdruck beaufschlagten Druckraum angeordnete und vom Vorratsbehälterdruck
entlastete Ventilkörper des Höchstdruckbegrenzers aus einem mit dem Ventilsitz zusammenarbeitenden
Ventilteller und einem mit diesem über einen eine Längsbohrung aufweisenden, im
Ventilgehäuse abgedichtet verschieblich geführten Ventilstößel verbundenenen, vom
Druck in einem mit der Verbindungsleitung über die @äugsbohrung in Verbindung stehenden
Beaufschlagungsraum in Schließrichtung des Ventils belasteten Ventilkolben besteht
und wobei der Ventilstößel in Öffnungsrichtung des Ventils von einer Feder belastet
ist.
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Derartige Steuerventile sind beispielsweise aus der DT-PS 1 287 105
oder der DT-OS 2 423 430 bekannt. Bei diesen Steuerventilen ist der Ventilstößel
aus konstruktionsbedingten
Gründen in einem relativ langen Abschnitt
mit Ilur geringem Spiel im Ventilgehäuse geführt, um sicherzustellen, daß der Ventilteller
trotz eventueller Schrägkraftkomponenten der an ihm über einen Federteller angreifenden
jeder stets möglichst; pian auf den Ventilsit; aufsetzt, wodurcn eiri exaktes Schließen
und Öfüjen des Ventils des Höchstdruckbegrenzers erzielt werden soll. Für das genaue
Arbeiten des Höchstdruckbegrenzers ist somit Voraussetzung, daß die den Ventilstößel
aufnehmende Bohrung des Ventilgehtiuses genau senkrecht ur Ebene des Ventilsitzes
des Höchstdruckbegrenzers verläuft; bei der Fertigung sind zum Einhalten dieser
Bedingung sehr enge Toleranzmaße einzuhalten, wodurch die Fertigung erschwert und
verteuert wird. Außerdem erfordert die enge Führung des Ventilstößels in der ihn
aufnehmenden Bohrung ebenfalls das Einhalten enger Toleranzmaße, wodurch die Fertigung
weiterer erschwert wird und außerdem durch äußere Einflüsse wie Verschmutzen oder
Temperaturwechsel mitunter ein Festklemmen des Ventilstößels in der Mohrullg begünstigt
werden kann. Schließlich muß bei dieser Ausführung die Rührung des Ventilstößels
in der Bohrung die durch Fertigungsungenauigkeiten der Federbedingten Querkräfte
aufnehmen, wodurch die Leichtgehängigkeit des Ventilstößels beeinträchtigt und damit
die Schaltgenauigkeit des Höchstdruckbegrenzers beeinträchtigt werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ei. Steuervelltil der eingangs genannten
ist zu schaffen, welches die vorstehend erläuterten Mängel der bekannten Steuerventile
vermeidet, bei welchem also bei geringem flersteliwigsaufwand die aus den Querkraftkomponenten
der Beider resultierenden Mängel abgestellt sind. hierzu gehört iii erster Linie,
daß der VentilteLler stets völlig plan auch den Ventilsitz aufsetzt, und in zweiter
Linie, daß der Ventilstößel stets
leichtgängig im Ventilgehäuse
beweglich ist. Es soll hierdurch erreicht werden, daß die Querkraftkomponent-eu
der Feder keinen Einfluß auf die Schaltgenauigkeit des fIöchstdruckbegrenzers haben,
so daß also auch die i'ertigurlgstoleranzen für die Feder gemindert werden körnigen.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung in erster Linie dadurch gelöst,
daß eines der beiden Teile Ventilsitz oder Ventilteller mittels eines sphärischen
Lagers am es tragenden eil gehaltert ist.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann es hierbei zweckmäßig sein,daß
der Ventilsitz an einem eine zu ihm im wesentlichen konzentrische Kugelfläche aufweisenden
Ventilsitzteil geordnet ist und daß das Ventilsitzteil mit der Kugelfläche auf einer
entsprechenden Hohlkugelfläche am Ventilgehäuse aufliegt, wobei zwischen die Eugel-
und die Hohlkugelfläche ein Dichtring eingeordnet ist.
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Hierbei kann es zwekcmäßig sein, wenn die Hohlkugelfläche an ihrem
auf Seiten des Ventilsitzes das Ventilsitzteil überragenden Randabschnitt radial
nach innen ragende Vorsprünge aufweist, welche vorzugsweise durch am Randabschnitt
angebrachte Körnerschläge gebildet sind.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann es auch zweckmäßig sein,
wenn der Ventilsteller und der Ventilstößel radial außerhalb des zwischen diesen
angeordneten, die Längsbohrung unmittelbar umgebenden sphärischen Lagers mittels
eines mit allseitigem Spiel in eine axiale Ringam am einen Teil eingreifenden, axialen
Ringfortsatz am anderen Teil und eines zwischen Ringnut und Ringfortsatz eingeordneten
Dichtringes gegenseitig abgedichtet gehalten sind.
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Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn der Dichtungsdurchmesser
des Dichtringes größer als der Durchmesser des Ventilsitzes ist und wenn, falls
im Bereich des Ventiltellers ein in Strömungsrichtung vom Beaufschlagungsraum :;um
Druckraum öIfnendes Rückschlagventil vorgesehen ist, der Dichtring in an sich bekannter
Weise als dieses Rückschlagventil ausgebildet ist. Weiterhin kann es zweckmäßig
sein, wenn die Ringnut am Ventilstößel angeordnet ist und wenn im Ventilstößel eine
Zweigbohrung von der Längsbohrung zum Grund der Ringnut führt, wodurch das sphärische
Lager pneumatisch überbrückt wird.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nach der Erfindung
111 zweiter Linie für ein Steuerventil mit den eingangs genannten Merkmale dadurch
gelöst, daß der Ventilstößel nur im unmittelbaren Bereich seiner Abdich -tung mit
geringem, an allen anderen Stellen mit weitem Spiel im Ventilgehäuse geführt ist.
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iIierbei kann es in weiterer Ausbildung der Erfindung zweckmäßig sein,
wend ellie den Ventilstößel aufnehmende Bohrung im Ventilgehäuse im wesentlichen
sich zu einer in ihr angeordneten, den Ventilstößel umschließenden Dichtung hin
konisch verjüngend ausgebildet ist.
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In den Zeichnungen Fig. 1 und Fig. 2 sind zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele
für nach der Erfindung ausgestaltete St;euerventile in ihren von der Erfindung betroffenen
Teilen dargestellt.
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Nach Fig. 1 ist- der IIöchstdruckbegrenzer im Gehäuse 1 des zugehörigen
Steuerventils angeordnet und weist einen Ventilkolben auf, der von einem Membranteller
2 mit starr angesetztem, hohlen Ventilstößel 3 gebildet ist, wobei der Ventilstößel
3 al 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
Ausnehmung 6 eines im Gehause 1 angeordneten Einsatzes 7 beweglich, in welchem der
Ventikstößel 5 axial verschieblich gefürt ist, abgedichtet durch eiIien Dichtring
8. Die Membran 5 ist mit dem äußeren, umlaufenden Raiid zwischen dem Einsatz 7 und
einem weiteren Einsatz 9 eingespannt, welcher in das Gehäuse 1 eingeschraubt ist
und den anderen Einsatz 7 mittels einer Dichtung 10 dicht im Gehäuse 1 einschließt.
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Zwischen dem Einsatz 9 und der Membrane 5 ist ein Beaufschlagungsraum
11 gebildet, der mit einer Längsbohrung 12 im Ventilstößel kommuniziert.
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Der Ventilteller 4 wirkt mit einem eingesetzten Dichtring 13 mit einem
Ventilsitz 14 zusammen, der an einem Ventilsitzteil 15 angeordnet ist. Das Ventilsitzteil
15 ist ringförmig mit einem denl Innendurchmesser des Ventilsitzes 14 entsprechenden
Bohrungsdurchmesser ausgebildet und gegenüberliegend zum Ventilsitz 14 mit einer
zu diesem konzentrischen Kugelfläche versehen, mit welcher es auf einer entsprechenden
Hohlkugelfläche einer starr in das Gehause 1 eingesetzten Buchse 16 aufliegt. Die
Sugel- und die Hohlkugelfläche bilden ein sphärisches Lager 17 fur das Ventilsitzteil
15, welches mittels eines in das Ventilsitzteil 15 eingesetzten Dichtringes 18 pneumatisch
abgedichtet ist. Die Hohlkugelfläche der Buchse 16 überragt auf Seiten des Ve0!
isilsitzes 14 das Ventilsitzteil und ist in ihrem Endbereich durch möglichst gleichmäßig
über ihren Umfang vorteilte Körnerschläge mit Vorsprüngen 19 versehen, welche ein
Herausfallen des Ventilsitzteiles 15 ausschließen, wobei jedoch die Beareglichkeit
des Ventilsitzteiles 15 auf der Hohlkugelfläche erhalten bleibt.
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Zwischen das Gehause 1 und einen topfförmigen Feder
@eller
20, der mit seinem inneren Rand an einem Flansch des Ventiltellers 4 angreift, ist
eine Feder 21 eingespannt, welche den Ventilteller 4 in Abheberichtung vom Ventilsizt
14 belastet.
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Der Durchmesser des Ventilsitzen 14 entspricht dem Durchmesser des
Ventilstößels 3, auf welchem neben dem Ventilteller 4 ein Ring 22 aus elastischen
Material angeordnet ist, welcher eine radiale Bohrung 23 im Ventilstößel 3 abdeckt
und somit ein Rückschlagventil zwischen den Längsbohrung 12 und einem Druckraum
24 im Gehäuse 1 bildet, welches zum Druckraum 24 hin öffnet.
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Die Ausnehmung 6, d.h. der Raum zwischen der Membrane 5 und dem Einsatz
7, ist über Radialbohrungen 25 im Einsatz 7 und nicht dargestellte, achsparallele
Nuten im Gewinde der Verschraubung des Einsatzes 9 mit dem Gehäuse 1 zur Atmoshäre
entlüftet.
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In das dem Membranteller 2 abgewandte Ende des Ventilstößels j ist
ein Strömungsleitkörper 26 eingesetzt, welcher bis in die Buchse 16 ragt; und welcher
mit einer Sackbohrung 27 versehen ist, die mit der Längsbohrung 12 kommuniziert.
Am Ende der Sackbohrung 27 ist der Strökorper mungsleit 26 mit Querbohrungen 27'versehen,
welche die Sackbohrung 27 mit dem Ringraum zwischen dem Strömungsleiter 26 und dem
Ventilsitzteil 15 bzw. der Buchse 16 verbinden.
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Die Bohrung 28 der Buchse 16 mündet in einen Raum 29 des Gehäuses
1 ein, welcher über eine Steuerdüse 30 und eine Leitung 31 mit dem Einlaßventil
32 des im übrigen nicht dargestellten Dreidruckorgans verbunden ist.
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Mit dem Bezugszeichen 33 ist der federbelastete Ventilkörper des Einlaßventils
32 bezeichnet, der mit einem Hohlstößel 34 und einem gehäusefesten Ventilsitz 35
zusammenwirkt, um die Verbindung eines Raumes 36 mit einem Raum 37 bzw. der Atmosphäre
zu überwachen. Die Leitung
31 mündet in den 1?aum 37 elli und vom
Raum 36 führt eilie beitung 38 ge-ebeLienfalls über nicht dargestellte Schaltventile,
welche die Druckentwicklung zu beeinflussen vermögen, zum Bremszylinder 39. Insbesolldere
kann in die Leitung 38 ein Relaisventil eingeordnet sein, welches den Bremszylinder
39 nur indirekt mit dem Raum 36 verbindet.
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Es ist weiterhin ein Plindestdruckbegrenzer 40 vorgesehen, dessen
Membrankolben 41 vom Druck in der Leitung 38 beaufschlagt einen Ventilteller 42
entgegen der Kraft einer Feder 43 gegen einen gehäusefesten Ventilsitz 44 zu drükken
vermag. Das Ventil 42,44 überwacht eine Verbindung von der Leitung 31 über eine
Leitung 45 zu einem über eine Leitung 46 mit dem Druckraum 24 verbundenen Raum 47
im Mindestdruckbegrenzer 40. An den Druckraum 24- ist über eine Leitung 48 ein Vorratsluftbehälter
49 angeschlossen, welcher in üblicher Weise über nicht dargestellte Uberwacheinrichtungen
aus der ebenfalls nicht dargestellten Hauptluftleitung der Druckluftbremse mit Druckluft
füllbar is-t.
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Die vorstehend erwähnten Teile des Steuerventils wirken im wesentlichen
in der aus der 1)T-OS 2 423 430 bekannten Weise, so daß diese hier nicht wiederholt
zu werden braucht.
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Es ist jedoch wesentlich, daß beim Niedergehen des Ventiltellers 4
das Ventilsitzteil 15 sich in dem sphärischen Lager 17 jedes Mal derart einstellt,
daß der Ventilsitz 14 völlig plan zur Anlage am Dichtring 13 gelangt, wodurch ein
völlig gleichmäßiges Schließen des Ventils 13,14 innerhalbe eines äußerst geringen
Hubbereiches gewährleistet ist.
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Das Ventilsitzteil 15 gleicht dabei durch Schräglage des Ventilstößels
3, die durch entsprechend großes Spiel in der Bohrung des ihn umgebenden Einsatzes
7,durch schräge Montage des Einsatzes 7 selbst oder durch Winkelabweichung der Bohrung-im
Einsatz 7 bedingt sein kann, verursachte Lageabweichungen selbsttätig aus.
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lii Abänderung zum vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist
es auch möglich, gemäß Fig. 2 den Ventilstößel 3' an seinem dem Membranteller 2
abgewandten Ende mit einer Verstärkung 50 zu versehen, in welche eine axial nach
unten offene Ringnut 51 eingearbeitet ist. Die radial äußere Wandung 52 der Ringnut
51 ist mit einem Absatz versehen, an welchem der Federteller 20 anliegt. Die radial
innere Wandung 53 der Ringnut 51 ist an ihrem Stirnende mit dem Ringausschnitt einer
Kugelfläche 54 versehen. Eine Bohrung 55 führt von der Längsbohrung 12 des Ventilstößels
3' zur Grundfläche der Nut 51. Der Ventilstößel 3'ist im Bereich der im Einsatz
7 gehaltenen Dichtung 8 vom Einsatz 7 mit relativ geringem Spiel umgeben; in einem
geringen Abstand von der Dichtung 8 erweitert sich die den Ventilstößel 3 aufnehmende
Bohrung 57 des Einsatzteiles 7 konisch, so daß mit steigender Entfernung von der
Dichtung 8 der Ventilstößel 3'mit wachsendem Spiel vom Einsatz 7 umfaßt ist.
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Der Ventilteller 4' ist als vom Ventilstößel 3' getrenntes Bauteil
ausgefühft;auf der seinem Dichtring 13 abgewandten Seite ist er mit einem axial
vorspringenden Ringfortsatz 58 versehen, der mit allseitigem Spiel in die Ringnut
51 ragt. Im Ringfortsatz 58 befindet sich eine radial nach außen offene Ringnut,in
welche als Dichtung ein Nutring 59 mit radial nach innen offener Nut eingesetzt
ist, welcher mit seiner radial außen befindlichen Dichtfläche dichtend an der radial
äußeren Nutwandung 52 anliegt. Vom Grund der den lNutring 59 aufnehmenden Ringnut
führt eine Bohrung 60 schräg nach unten und außen zum Druckraum. 24 Am Bm radial
inneren Ansatz des Ringfortsatzes 58 setzt eine Kegelfläche 61 an, an welcher die
Kugelfläche 54 aufsteht. Radial innerhalb des Dichtringes 13 ist der Ventilteller
4' mit einem axialen Fortsatz 62 versehen, in welchem sich die Sackbohrung 27 mit
den Querbohrungen 27'befindet. Der Fortsatz 62 ragt mit Siiel in die Bohrung 28
der Buchse 16', welche an ihrem oberen Rand den mit dem Dichtring 13 zusammenarbeitenden
Ventilsitz 14' trägt. Der Ventilsitz
14' weist einen kleineren
Durchmesser als die Außenwandung der Ringnut 51 auf.
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Bei der Ausführung riacn Fig. 2 ist also der Ventilteller 4' über
das aus der Kugelfläche 54 sowie der Kegeliläche 61 gebildete sphärische Gelenk
beweglich mit dem Ventilstößel sich 3' verbunden, der seinerseits innerhalb gewisser
Grenzen um die Dichtung 8 als lirehlager innerhalb der Bohrung 57 schräg zu stellen
vermag. Es közulen somit Seitenicraftkomponenten der Feder 21 durch Schrägstellen
des Ventilstößels 3' aufgenommen werden. Der Membranteller 2 ist hierzu mit einem
angemessenen radialen Spiel im Einsatz 7 geführt.
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Das Schrägstellen des Ventilstößels 3' führt somit zu keinem Verklemmen
desselben, so daß er leicht verschieblich im Einsatz 7 geführt bleibt. Der Ventilsitz
4' kann sich unabhängig von der Achsrichtung des Ventilstößels 3' über das sphärische
Lager 54,61 völlig pla-11 zum Ventilsitz 14' ausrichten , so daß ein exaktes Schließen
und Öffnen des Ventiles 13,14' innerhalb eines kurzen Hubweges ermöglicht ist. Der
Nutring 59 bildet neben seiner Abdichtfunktion ein Rückschlagventil: Aus der Längsbohrung
12 vermag Luft durch die Bohrung 55 und die Ringnut 51 unter Abklappen der oberen
Dichtlippe des Nutringes 59 in die den letzteren aufnehmende Ringnut einzuströmen
und über die Bohrung 60 zum Druckraum 24 abzuströmen, während eine umgekehrte Strömungsrichtung
ausgeschlossen ist. Durch den bezogen auf den Ventilsitz 14' größeren Dichtungsdurchmesser
des Nutringes 59 wird der Ventilteller 4' vom Druck im Druckraum 24in Andrückrichtung
an den Ventilstößel 3' pneumatisch belastet, so daß die Fläche 54 und 61 stets aneinander
anliegen.
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Im übrigeii entspricht der Aufbau und die Funktionsweise des Steuerventils
nach Fig. 2 dem - bzw. derjenigen des Steuerventils nach Fig. 1 und braucht daher
hier nicht erläutert zu werden.