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Quersperrventil
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Die Erfindung betrifft ein Quersperrventil für zwei an ein gemeinsames
Niveauregelventil angeschlossene Federelemente von Fahrzeugen, das in einer Druckmittelleitung
zwischen dem Niveauregelventil und den beiden angeschlossenen Federelementen angeordnet
ist und aus einem Ventilgehäuse besteht, welches zur Aufnahme eines Steuerkolbens
eine Bohrung aufweist, wobei der Steuerkolben bei Druckgleichheit in beiden Federelementen
eine nahezu ungedrosselte Verbindung zwischen dem Niveauregelventil und den beiden
Federelementen in beiden Strömungsrichtungen ermöglicht, jedoch bei Druckunterschied
die Verbindung zwischen den Federelementen sperrt.
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Ein derartiges, als Quersperrventil wirkendes Druckluftverteilerstück
ist durch die DT-AS 1 266 148 bekannt. In dem T-förmigen Gehäuse dieses Druckluftverteilerstücks
wird der Steuerkolben durch Federn in der Mittellage gehalten. Bei einseitiger Druckbeaufschlagung
der Federbeine wird das den niederen Druck aufweisende Federbein vom Leitungsanschluß
abgesperrt. Wird in dieser Lage des Steuerkolbens ein Aufregeln vorgenommen, so
wird das ohnehin schon mit höherem Druck versehene Federbein noch weiter aufgepumpt
und das Fahrzeug nimmt eine Schräglage ein, die dann nicht mehr ohne weiteres selbsttätig
abgebaut wird. Ein weiterer Nachteil dieser Konstruktion ist in den exakt aufeinander
abgestimmten Federn für den Steuerkolben zu sehen, da bei Druckgleichheit eine exakte
Mittellage des Steuerkolbens erforderlich ist, um beim Auf- bzw. Abregeln Fehlregelungen
zu vermeiden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der
bekannten
Konstruktion zu vermeiden und ein im Aufbau einfaches Quersperrventil zu schaffen,
welches eine hohe Funktionssicherheit aufweist, eine einwandfreie Niveauregelung
in jedem Fahrzustand gewährleistet und aus billigen, leicht herstellbaren Bauteilen
besteht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steuerkolben
frei beweglich in der Bohrung des Gehäuses angeordnet und länger als die Gehäusebohrung
ausgebildet ist, mindestens eine in Längsrichtung verlaufende, zur Steuerkolbenmitte
symmetrische Steuerfläche aufweist, die geringfügig länger als die Bohrung, jedoch
kürzer als der Steuerkolben ist und Steuerkanten bildet.
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Durch diese frei bewegliche Anordnung des Steuerkolbens in der Gehäusebohrung
sind keinerlei Bauteile erforderlich, die den Steuerkolben in seiner Mittellage
halten. Dies wird durch die Ausbildung des Steuerkolbens erreicht, wobei die erfindungsgemäße
Anordnung der Steuerfläche am Steuerkolben sowie die Länge des Steuerkolbens eine
hydraulische Stabilisierung bewirkt. Damit sind nicht nur die Teile des Quersperrventils
sehr einfach in der Herstellung und daher preiswert, sondern es wird gleichzeitig
durch die hydraulische Stabilisierung eine optimale Funktionssicherheit ohne irgendwelche
auf den Kolben einwirkenden federnden Bauteile erreicht.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung weist das Ventilgehäuse Einsätze
auf, die mit Dichtflächen versehen sind, gegen welche bei Druckdifferenz in den
Federbeinen der Steuerkolben mit seiner Stirnseite zur Anlage kommt, wobei diese
Dichtflächen gleichzeitig die Anschläge in axialer Richtung für den Steuerkolben
bilden. Diese Einsätze dienen gleichzeitig für den Anschluß der zu den Federelementen
führenden Leitungen, sind einfach im Aufbau und daher leicht herstellbar. Außerdem
wird durch die an jedem Einsatz vorhandene Dichtfläche für den Steuerkolben ermöglicht,
daß der Steuerkolben selbst nicht allein die Absperrfunktion zu übernehmen hat und
dem entsprechend geringfügige Leckverluste ohne Funktionsbeeinträchtigung bleiben.
Dies führt dazu, daß der Steuerkolben in der Gehäusebohrung mit relativ großer Toleranz
geführt sein kann, was wiederum
die Leichtgängigkeit des Steuerkolbens
ergibt und außerdem die Herstellkosten senkt. Eine einwandfreie Abdichtung des Steuerkolbens
auf der Dichtfläche des Einsatzes wird, wie die Erfindung zeigt, dadurch erreicht,
daß die Dichtflächen durch elastische Dichtungen gebildet werden. Diese Dichtungen
können entweder Dichtscheiben sein, die auf die nach innen weisenden Flächen der
Einsätze aufgeklebt oder aufvulkanisiert werden, oder es können Kunststofformteile
sein, die hohlnietenartig in der Bohrung der Einsätze befestigt sind.
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Zur einwandfreien hydraulischen Verbindung der Steuerfläche mit der
zum Niveauregelventil führenden Anschlußleitung ist ein zentraler Ringraum vorgesehen.
Dieser zentrale Ringraum wird, wie ein Merkmal dieser Erfindung zeigt, gebildet,
indem der Steuerkolben in der Mitte einen Abschnittt mit kleinerem Durchmesser aufweist.
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In weiterer Ausgestaltung des Quersperrventils ist erfindungsgemäß
der Steuerkolben mit einer Zentralbohrung versehen, in welcher zwei Rückschlagventile
angeordnet sind und diese Zentralbohrung über eine Radialbohrung mit dem Ringraum
verbunden ist. Mit einer solchen Ausführung werden auch sehr kurze Abregelzeiten
unabhängig von der jeweiligen Stellung des Steuerkolbens möglich.
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Wie ein weiteres Merkmal der Erfindung zeigt, ist der Steuerkolben
in seiner Länge derart auf den zwischen Steuerkolben und Bohrung gebildeten querschnittsveränderlichen
Durchlaßquerschnitt abgestimmt, daß der Durchlaßquerschnitt für das eine Federbein
gerade verschlossen ist, wenn die Stirnseite des Steuerkolbens auf der dem anderen
Federbein zugeordneten Dichtfläche zur Anlage kommt.
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Dadurch wird ein gleichzeitiges Füllen der Federbeine möglich, auch
wenn ein Druckunterschied zwischen den beiden Federbeinen besteht.
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Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
der Zeichnungen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Niveauregeleinrichtung in
schematischer Darstellung; Fig. 2 das Quersperrventil der Niveauregeleinrichtung
in Mittelstellung des Steuerkolbens; Fig. 3 das Quersperrventil in gesperrter Position
und Fig. 4 eine Ausführungsform des Quersperrventils mit Rückschlagventilen im Steuerkolben.
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Bei Fahrzeugen mit niveaugeregelten Achsen sind die Federbeine jeder
Achse über eine Leitung mit dem Niveauregelventil verbunden. Da bei Kurvenfahrt
des Fahrzeuges das kurvenäußere Rad stärker belastet ist als das kurveninnere Rad,
ist die Aufgabe des Quersperrventils,den truckausgleich zwischen den beiden Federelementen
der Achse zu verhindern. Die Auf- und Abregelvorgänge der Federbeine sollen andererseits
aber vom Quersperrventil nicht behindert werden.
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In der schematisch dargestellten Fahrzeug-Niveauregelanlage für eine
Achse nach Fig. 1 ist das Quersperrventil 1 über die Leitung 10 mit dem Federbein
3 und dem zugehörigen Druckspeicher 12 ver bunden, während die Leitung 11 zum linken
Federbein 4 und dessen Druckspeicher 13 führt. Mit dem Niveauregelventil 2 steht
das Quersperrventil 1 über die Leitung 9 in Verbindung. Zum Aufregeln wird über
die Pumpe 6 aus dem Vorratsbehälter 5 Flüssigkeit über die Leitung 8, das Niveauregelventil
2, die Leitung 9, das Quersperrventil 1 und die Leitungen 10 und 11 sowohl in den
dem Federbein 3 zugeordneten Druckspeicher 12 als auch in den dem Federbein 4 zugeordneten
Druckspeicher 13 gefördert. Beim Abregeln dagegen wird aus den Druckspeichern 12
und 13 Flüssigkeit über das Quersperrventil 1, das Niveauregelventil 2 und die Rücklaufleitung
7 in den Vorratsbehälter 5 abgelassen Das in Fig, 2 gezeigte Quersperrventil 1 besitzt
im Gehäuse 14 die Bohrung 15 zur Aufnahme des Steuerkolbens 16, Beidseitig mündet
diese
Bohrung 15 in Räume mit größerem Durchmesser, die zur Aufnahme der Einsätze 23 und
24 mit einem Gewinde versehen sind.
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Der Steuerkolben 16 besitzt die Steuerfläche 17 und bildet am Steuerkolben
die rechte Steuerkante 18 und die linke Steuerkante 19. In der in Fig. 2 gezeigten
Mittelstellung des Steuerkolbens 16 ist deutlich, daß die Steuerfläche 17 geringfügig
länger ausgebildet ist als die Bohrung 15. Dadurch ergeben sich zwischen der rechten
Steuerkante 18 und dem rechten Bohrungsende sowie zwischen der Steuerkante 19 und
dem linken Bohrungsende Durchlaßquerschnitte für das Fluid. Am Anschluß 22 wird
die Verbindungsleitung zum Niveauregelventil angeschlossen, während der Anschluß
27 beispielsweise für den Abgriff eines Mindestdruckschalters oder einer lastabhängig
geregelten Bremsanlage dient und daher für zusätzliche Steueraufgaben verwendet
wird, jedoch keinen Einfluß auf die Regelung der'Fahrzeugachse besitzt. Beide AnschlUsse
22 und 27 stehen über Bohrungen mit dem Ringraum 20 in Verbindung, während der Steuerkolben
16 in der Mitte einen Abschnitt 21 mit kleinerem Durchmesser aufweist und dadurch
den Ringraum 20 mit der Bohrung 15 bildet. Sowohl der rechte Einsatz 23 als auch
der linke Einsatz 24 weisen stirnseitig Dicht flächen 25 und 26 auf, welche als
Anlageflächen für den Steuerkolben 16 bei der Auslenkung aus der Mittellage dienen.
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Bei Druckgleichheit in den beiden an das Niveauregelventil 1 angeschlossenen
Federbeinen wird der Steuerkolben 16 sowohl auf der rechten Seite als auch auf der
linken Seite vom gleichen Druck beaufschlagt und nimmt die in Fig. 2 gezeichnete
Stellung ein.
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Die Wirkungsweise beim Hochregeln ist nun die, daß die vom Druckerzeuger
über den Anschluß 22 eintretende Flüssigkeit in den Ringraum 20 fließt und von dort
über die Steuerflächen 17 und die zwischen den Steuerkanten 18 und 19 und den Bohrungsenden
vorhandenen Durchlaßquerschnitte gleichmäßig in die jedem Federbein zugeordneten
Druckspeicher fließt. Wird der Steuerkolben 16 durch Strömungseinflüsse während
des Regelvorganges aus seiner Mitte verschoben, so verschließt eine Steuerkante,
z. B. die Steuerkante 18 für das rechte Federelement, den entsprechenden Durchlaßquerschnitt
zunehmend,
während der andere, dem linken Federbein zugeordnete und von der Steuerkante 19
gebildete Durchlaßquerschnitt vergrößert wird. In diesem Fall wird das linke Federelement
schneller befüllt, so daß auch der Druckzuwachs schneller erfolgt als im anderen
Federelement. Dieser einseitige Druck wirkt wiederum stabilisierend auf den Steuerkolben
16, indem dieser nun durch den Druckunterschied wieder nach rechts geschoben wird
und in Mittelstellung beide Federelemente gleichmäßig befüllt werden. Der Steuerkolben
16 ist nur von dem Druck der Hydraulikflüssigkeit und der durch die Strömung auf
ihn einwirkenden Kräfte beaufschlagt und benötigt keine zusätzlichen Bauteile, die
ihn stabilisieren. Somit hat der Steuerkolben 16 die Funktion eines Stromteilers
und einer Druckwaage. Ein symmetrisches Füllen der Federelemente bei unterschiedlich
großen Durchflußmengen ist somit gewährleistet.
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Zum Abregeln öffnet das Niveauregelventil den Durchfluß zum Vorratsbehälter,
so daß in der in Fig. 2 gezeigten Stellung des Steuerkolbens die Hydraulikflüssigkeit
aus den Federelementen über die Steuerfläche 17, den Ringraum 20 und den Anschluß
22 abfließen kann. Wird nun der Steuerkolben 16 durch Strömungseinflüsse während
des Abregelvorganges aus seiner Mitte verschoben verkleinert er einseitig den Durchlaßquerschnitt,
beispielsweise den rechten Durchlaßquerschnitt, gebildet von der Steuerkante 18
und dem rechten Ende der Bohrung 15. Dadurch sinkt der Druck im rechten Federelement
langsamer als der im linken Federelement. Durch die Druckdifferenz der Federelemente
wird der Kolben noch weiter nach links verschoben und die linke Stirnseite des Steuerkolbens
16 legt sich auf die Dichtfläche 26 des linken Einsatzes 24 und verschließt die
Durchlaßöffnung, so daß dem linken Federelement kein Druck mehr entnommen werden
kann. Da das rechte zylindrische Ende des Steuerkolbens 16 mit der Bohrung 15 einen
kleinen Ringspalt bildet, fließt nun aus dem rechten Federelement solange über diesen
Drosselspalt Flüssigkeit über den Anschluß 22 ab, bis Druckgleichheit zwischen den
beiden Federelementen hergestellt
ist und dadurch der Kolben wieder
auf Mitte gestellt wird und somit eine hydraulische Stabilisierung erfährt, wodurch
beide Federelemente symmetrisch abgelassen werden. Das Quersperrventil gestattet,
wie vorstehend erläutert, ein gleichmäßiges Befüllen und Entleeren der Federelemente,
ohne daß eine nennenswerte Druckdifferenz zwischen den beiden Federelementen entsteht,
Dabei treten Durchflußmengen beim Regeln auf, die zwischen 0,1 und 3 1 / min liegen.
Der vom Steuerkolben 16 und der Bohrung 15 infolge der Steuerkanten 18 und 19 gebildete
rechte als auch linke Durchlaßquerschnitt weist einen geringen Spalt auf, der in
Mittelstellung etwa 0,5 mm betragen kann.
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In Fig. 3 ist das Quersperrventil gezeigt, wobei der Steuerkolben
16 mit seiner linken Kolbenstirnfläche auf der Dichtfläche 26 des linken Einsatzes
aufliegt' und die rechte Steuerkante 18 sich innerhalb der Bohrung 15 befindet.
Diese Stellung entspricht beispielsweise der Quersperrung zwischen den beiden Federelementen,
wobei das rechte Federelement beispielsweise durch Kurvenfahren einen höheren Druck
aufweist als das andere Federelement. Die Flüssigkeit aus dem mit höherem Druck
versehenen Federelement hat aufgrund des Druckgefälles nun das Bestreben, zum Federelement
mit niedrigem Druck zu strömen und nimmt dadurch den leicht verschiebbaren Steuerkolben
16 mit. Dabei taucht der Steuerkolben 16 mit seiner rechten Steuerkante 18 in die
Bohrung 15 ein und wird mit der linken Stirnfläche gegen die Dichtfläche 26 des
linken Einsatzes 24 gedrückt. Da in dieser Stellung zwischen dem zylindrischen rechten
Ende des Steuerkolbens 16 und der Bohrung 15 ein geringer Ringspalt vorhanden ist,
baut sich im gesamten Quersperrventil der Druck des druckhöheren rechten Federelementes
auf. Da andererseits im linken Federelement ein geringerer Druck herrscht, wird
der Steuerkolben 16 gegen die Dichtfläche 16 des linken Einsatzes 24 gedrückt und
es wird,während die Druckdifferenz zwischen dem linken und dem rechten Federelement
vorhanden ist, der Steuerkolben 16 gegen die Dichtfläche 26 gepreßt. Nach beendeter
Kurvenfahrt stellt sich Druckgleichheit zwischen den Federelementen ein und der
Steuerkolben 16 hebt mit der linken Stirnseite von
der Dichtfläche
26 ab.
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Das Quersperrventil ermöglicht auch ein Auf- und Abregeln in der Quersperrphase,
d. h., wenn der zwischen den Federelementen vorhandene Differenzdruck den Steuerkolben
einseitig gegen die Dichtfläche eines Einsatzes drückt, Zum Aufregeln wird Flüssigkeit
in das Quersperrventil gefördert, die über den vom Abschnitt 21 mit kleinerem Durchmesser
gebildeten Ringraum 20 und den von der Steuerfläche 17 begrenzten, relativ großen
Durchlaßquerschnitt in den linken Raum mit größerem Durchmesser strömt. Da auf der
rechten Seite des Steuerkolbens 16 die Steuerkante 18 in die Bohrung 15 eintaucht,
ist nur der zwischen dem rechten zylindrischen Ende des Steuerkolbens 16 und der
Bohrung 15 gebildete Drosselspalt vorhanden, so daß in den rechten Raum kaum Flüssigkeit
innerhalb kurzer Zeit strömen kann. Somit bewirkt die einströmende Druckflüssigkeit
im linken Teil des Quersperrventils einen plötzlichen Druckanstieg, der den Steuerkolben
16 geringfügig nach rechts verschiebt und so die im linken Einsatz vorhandene Bohrung
von der linken Stirnfläche des Steuerkolbens 16 freigegeben wird und damit das vorher
verschlossene linke Feder element befüllt werden kann, Wird der Füllvorgang beendet,
ehe das Druckniveau des linken Federelements mit dem des rechten Federelementes
gleich ist, so legt sich der Steuerkolben 16 sofort wieder mit seiner linken Stirnfläche
gegen die Dichtfläche 26 und verschließt das linke Federelement. Wird während des
Aufregelns Druckgleichheit zwischen den beiden Federelementen erzielt, so nimmt
der Steuerkolben 16 die Mittelstellung ein und beide Federelemente werden gleichmäßig
befüllt, Das Abregeln in der Quersperrphase des Quersperrventils erfolgt, indem
aus dem Federelement mit höherem Druck, beispielsweise aus dem rechten Federelement,
solange über die vom zylindrischen rechten Ende des Steuerkolbens 16 und der Bohrung
15 gebildete Drosselstelle Flüssigkeit abfließt, bis der Druck geringfügig unter
den Druck des linken Federelementes gefallen ist. Dadurch wird der Steuerkolben
16 von der Dichtfläche 26 des linken Einsatzes 24 abgestoßen und wird hydraulisch
in der Mittelstellung
gehalten, so daß nun der Druck in beiden
Federelementen gleichmäßig abgesenkt wird durch den Flüssigkeitsabfluß.
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Um ein gleichmäßiges Füllen der Federelemente trotz Druckunterw schied
zu ermöglichen, ist der Steuerkolben 16 in seiner Länge derart zu bemessen, daß,
wenn die Stirnseite des Steuerkolbens 16 auf einer Dichtfläche,entweder 25 oder
26, des Einsatzes 23 oder 24 aufliegt, die Steuerkante 19 bzw. die Steuerkante 18
gerade in die Bohrung 15 eintaucht, Da beim Füllen des einen Federbeines, beispielsweise
des linken Federbeines, der Steuerkolben 16 mit seiner Stirnfläche von der Dichtfläche
26 des Einsatzes 24 abhebt und die Steuerkante 18 gleichzeitig aus der Bohrung 15
ausfährt, kann sowohl das linke als auch das rechte Federbein gleichzeitig trotz
Druckunterschied in den Federbeinen befüllt werden.
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In Fig. 2 und 3 ist der Anschluß 27 vorhanden, welcher insbeson dere
für eine lastabhängig geregelte Betriebsbremse Verwendung findet. Eine solche Bremse
greift als Regelgröße den jeweiligen Druck im Federelement ab. Da sich durch die
Drosselstelle,die durch das zylindrische Ende des Steuerkolbens 16 und die Bohrung
15 gebildet ist, bei der in Fig, 3 dargestellten Stellung des Steuerkolbens 16 der
Druck im Quersperrventil entsprechend dem mit höherem Druck beaufschlagten Federelement
einstellt, wird auch am Anschluß 27 für die lastabhängig geregelte Betriebsbremse
mit dem höheren Druck beaufschlagt, so daß eine einfache Beeinflussung der last
abhängig geregelten Betriebsbremse nur durch Anschluß an das Quersperrventil gegeben
ist.
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Die Ausführung nach Fig. 4 unterscheidet sich von der nach den Figuren
2 und 3 im wesentlichen dadurch, daß die Dicht fläche beispielsweise auf dem rechten
Einsatz 23 durch eine Dichtung 28 gebildet wird, während der Steuerkolben 16 eine
zentrale Bohrung 29 besitzt, in der die beiden Rückschlagventile 30 angeordnet sind.
Diese Rückschlagventile 30 bestehen aus den beidseitig
eingepreßten
rohrförmigen Ventilsitzen und Ventilkugeln. Außerdem ist eine Radialbohrung 31 vorhanden,
die den Ringraum 20 mit der zentralen Bohrung 29 verbindet. Eine solche Ausführung
ist dann zweckmäßig, wenn eine sehr kurze Abregelzeit gefordert wird.
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Zwar ist in der Mittelstellung des Steuerkolbens 16 auch ohne diese
Ventileinrichtung eine schnelle Abregelzeit möglich, jedoch in der Endstellung,
d. h., wenn der Steuerkolben mit einer Stirnseite gegen eine Dichtfläche, beispielsweise
die rechte Dichtung 28 des Einsatzes 23, gedrückt wird, so kann nun aus dem linken
Feder element sowohl über die äußere Drosselstelle zwischen dem linken zylindrischen
Teil des Steuerkolbens 16 als auch über das linke Rückschlagventil 30 und die Radialbohrung
31 Flüssigkeit abfließen. Die Dichtung 28 kann dabei ohne weiteres auf den Einsatz
23 aufgeklebt oder aufvulkanisiert sein, ebenso ist es möglich, diese Dichtung hohlnietartig
auszubilden, so daß sie nur in die Bohrung des Einsatzes 23 einzuknöpfen ist.
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L e e r s e i t e