DE2646286A1

DE2646286A1 - Druckuebersetzer

Info

Publication number: DE2646286A1
Application number: DE19762646286
Authority: DE
Inventors: K Dipl Ing Dr Becker-Lindhorst; Wolfgang Gruenert; Hermann Raum
Original assignee: KNORR BREMSE GmbH; Knorr Bremse AG
Current assignee: KNORR BREMSE GmbH; Knorr Bremse AG
Priority date: 1976-10-14
Filing date: 1976-10-14
Publication date: 1978-04-20
Also published as: DE2646286C3; FR2367638A1; CH624186A5; FR2367638B1; DE2646286B2

Description

München, den 30.8.1976

EP-M

- 1372 -

KfTORR-BREMSE GMBH, Moosacher Straße 80, 8000 München 40

Druckübersetzer

Die Erfindung betrifft einen Druckübersetzer, insbesondere für lastabhängige Druckluftbremsen von Schienenfahrzeugen, mit einem vom zu übersetzenden Druck belasteten Steuerkolben, einem vom übersetzten Druck belasteten Rücksteuerkolben und einem ein verschiebbares Auflager .aufweisenden zweiarmigen Hebel, an welchem Steuer- und Rücksteuerkolben einander entgegenwirkend angelenkt sind^und einer den übersetzten Druck steuernden, mit dem Hebel gekoppelten Ventileinrichtung, wobei zum Zwecke einer anfänglichen Übersteuerung die Einstellung der einer bestimmten Bremsstufe entsprechenden Enddrucke über dem Steuer- bzw. Rücksteuerkolben durch eine Drosselstelle verzögert erfolgt.

Bei einem bekannten derartigen Druckübersetzer (DOS 2 413 060) ist der Rücksteuerkolben als Doppelkolben ausgeführt, dessen kleinere Kolbenflache über eine Drosselstelle verzögert mit dem übersetzten Druck beaufschlagt wird. Dies führt dazu, daß zunächst nur die kleinere Differenzfläche beider Kolben wirksam wird, so daß die Rücksteuerkraft

809816/0113

den als "Übersetzungsgetriebe wirkenden Hebel nicht sofort zurückstellt, sondern ein Anwachsen des übersetzten Druckes über den eingestellten Wert hinaus ermöglicht. In dem Maße, in dem sich über dem kleineren Kolben auch der übersetzte Druck aufbaut, wächst die Rücksteuerkraft und der Hebel wird in seine Gleichgewichtslage zurückgestellt, wodurch die Ventileinrichtung in ihre Abschlußstellung gelangt.

Bei einer anderen Ausführungsform des bekannten Druckübersetzers ist die Drosselstelle durch ein Rückschlagventil überbrückt.

Es ist ein weiterer Druckübersetzer bekannt (DOS 2 4-51 889)» bei welchem der Raum über dem Rücksteuerkolben nur über eine Drosselsteile mit dem übersetzten Druck beaufschlagt werden kann. Der Druckanstieg und damit die Rückstellung des zweiarmigen Hebels erfolgen dementsprechend langsam, so daß sich eine anfängliche Übersteuerung ergibt. Bei höheren Druckstufen wird die Drosselstelle durch ein Rückschlagventil überbrückt.

Mit den bekannten Druckübersetzern wird eine eindeutige Zuordnung des eingesteuerten Drucks zum übersetzten Druck gewährleistet. Tfr'n gewisses Hystereseverhalten der Mechanik, bedingt durch Reibungsverluste, wird vor allem bei den niedrigen eingesteuerten Druckstufen kompensiert.

809816/0113

Ein Nachteil der bekannten Druckübersetzer ist jedoch, darin zu sehen, daß die maximale Stellkraft der Fläche des Steuerkolbens von dem eingesteuerten Druck bestimmt ist» Gerade am Anfang der Einsteuerung bei besonders niedrigen Drücken kann dies zu einer ungenügenden Stellkraft führen, die nur eine schleichende Verstellung des übersetzten Druckes bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckübersetzer der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der auch bei sehr kleinen Steuerdrücken eine genügend große Stellkraft liefert, so daß eine eindeutige Zuordnung von zu übersetzendem und übersetztem Druck möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Wirkungsrichtung des Steuerkolbens ein zweiter Kolben auf den Hebel einwirkt, der ebenfalls vom zu übersetzenden Druck beaufschlagt ist und der einen Raum begrenzt, der über eine Drosselstelle an dem zu übersetzenden Druck angeschlossen ist.

Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß die Verstellkraft anfangs von zwei druckbeaufschlagten Kolben geliefert wird. In dem Maße, in dem sich der Eaum unter dem zweiten Kolben schließlich durch die Drosselstelle auffüllt, wird dieser Kolben außer Funktion gesetzt, so daß schließlich nur noch

809816/0113 - /j. -

der Steuer- und Rücksteuerkolben auf den Hebel einwirken und diesen im Gleichgewicht halten. Bei Anwendung des Druckübersetzers in einer Bremsanlage für Schienenfahrzeuge bewirkt das geschilderte Ansprechverhalten eine anfängliche "Übersteuerung, durch welches das Bremsgestänge sicher in Bewegung gesetzt wird und die Bremsklötze sicher an den Rädern zum Anliegen kommen.

Bei einer Schnell- oder Tollbremsung sind die Stellkräfte infolge des zur Verfügung stehenden großen Differenzdruckes ausreichend, um etwaige Reibungsverluste des Übersetzer- und Bremsgestänges zu überwinden. Eine Übersteuerung in dem beschriebenen Sinn ist also nicht erforderlich. Vorzugsweise ist dafür der zweite Kolben über ein federbelastetes^para-1-IeI zur Drosselstelle geschaltetes Rückschlagventil an den zu übersetzenden Druck angeschlossen. Die Federkraft wird dabei so ausgelegt, daß das Ventil oberhalb eines bestimmten Grenzdruckes öffnet und einen augenblicklichen Druckausgleich zwischen dem Steuerdruck bzw. dem zu übersetztenden Druck und dem Raum unter dem zweiten Kolben ermöglicht. Der zweite Kolben ist damit außer !Funktion gesetzt. Vorzugsweise ist bei Vorsehung des Rückschlagventils die Drosselstelle im Ventilkörper des Rückschlagventils angeordnet.

809816/0113

Eine besonders einfache und kompakte Konstruktion des Druckübersetzer ergibt sich, wenn der zweite Kolben gleichachsig über dem Steuerkolben angeordnet ist und über einen verschieblich im Gehäuse geführten Stößel mit den Steuerkolben koppelbar ist.

Abhängig von der gewählten Stufung des zu übersetzenden Druckes ist es oft wünschenswert, lediglich bei der ersten Druckstufe eine Übersteuerung vorzusehen, bei den folgenden Stufungen jedoch nicht mehr. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist dafür im Stößel eine Entlastungsbohrung angeordnet, die einerseits in den vom zu übersetzenden Druck beaufschlagten Raum über dem Steuerkolben mündet und von diesem verschließbar ist und die andererseits in den Raum mündet, der von dem zweiten Kolben begrenzt ist. Fach einer ersten Beaufschlagung des Steuerkolbens wird durch die Entlastungsbohrung eine Verbindung zwischen dem Raum über dem Steuerkolben und dem vom zweiten Kolben begrenzten Raum geschaffen, deren Querschnitt so bemessen ist, daß ein schneller Druckausgleich zwischen diesen Räumen möglich ist, wodurch der zweite Kolben praktisch außer Funktion gesetzt wird. Eine Übersteuerung erfolgt lediglich beim ersten Ansprechen, bei späteren Stufungen jedoch nicht mehr.

809816/0113

Es kann jedoch eventuell durchaus erwünscht sein, auch bei späteren Stufungen eine kleine Übersteuerung vorzusehen. Für diesen Zweck kann in der Entlastungsbohrung eine Drosselstelle vorgesehen sein. Der vom zweiten Kolben begrenzte Raum wird sich dadurch zwar schneller auffüllen als beim ersten Ansprechen, jedoch noch langsam genug, um eine kleine Übersteuerung zu ermöglichen, so daß beispielsweise eine ganz exakt ausgeprägte Kraftwirkung zwischen Bremsklotz und Rad erhalten wird.

Die Reibungsverluste werden besonders klein gehalten, wenn beide Kolben Membrankolben sind.

Ein volles Ansprechen des zweiten Kolbens wird dadurch sichergestellt, daß bei nicht druckbeaufschlagtem Druckübersetzer der Steuerkolben unter Federdruck die Entlastung sbohrung verschließend am Stößel anliegt. Falls der Stößel eine Bohrung aufweist, wird diese in dieser Stellung verschlossen, falls er keine Bohrung aufweist, braucht jedenfalls kein Spiel bis zum Ansprechen der Ventileinrichtung überwunden werden.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

809816/0113

1 ein Blockschaltbild des Druckübersetzers in seiner Verwendung bei einer Druckluftbremse für Schienenfahrzeuge, und

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch den

Druckübersetzer,in bezug auf die nachfolgende Beschreibung um 90° nach links gedreht. Der Druckübersetzer 1 ist einerseits über Leitung 2 mit einem Bremszylinder 4 verbunden und andererseits über Leitung 10 mit einem Steuerventil 6, das von*der Hauptluftleitung 8 gesteuert ist. Über eine dritte Leitung 12 ist der Druckübersetzer schließlich noch an einen Vorrat sluftb ehält er 14 angeschlossen.

Mit dem Steuerventil 6 können nun entsprechend der Ansteuerung durch die Hauptluftleitung 8 in die Leitung 10 verschiedene, zu übersetzende Steuerdrücke 0 eingestellt werden, die im Druckübersetzer entsprechend dem eingestellten Übersetzungsverhältnis entweder über- oder untersetzt werden. In Leitung 2 liegt dann der übersetzte Druck an.

Der Druckübersetzer 1 weist nach Pig. 2 einen Steuerkolben 16 und einen durch eine Feder 18 belasteten Rücksteuerkolben 20 auf, ferner einen zweiarmigen Hebel oder Waagebalken 22 und eine Ventileinrichtung 24. Der zweiarmige

809816/0113

Hebel bzw. Waagebalken 22 ist auf einem Auflager 26 verschwenkbar gelagert, welches über ein Gestänge entsprechend der jeweiligen Vagenbeladung verschieblich ist· Steuerkolben 16 und Eückstellkolben 20 liegen jeweils über einen I*uß 28, JO auf den freien Enden des zweiarmigen Hebels 22 auf. Der Raum 32 über dem Rückstell- . kolben 20 ist mit Leitung 2 und dem Bremszylinder 4, der Raum 34· über dem Steuerkolben ist mit leitung 10 und dem Steuerventil 6 verbunden.

Über dem Steuerkolben 16 ist mittig ein Stößel 36 angeordnet, der im Gehäuse dichtend verschieblich geführt ist. Stößel 36 ist mit seinem oberen Ende fest mit einem zweiten Kolben 38 verbunden, der auf Seiten des Steuerkolbens 16 einen Raum 40 verschieblich begrenzt und andererseits, gleichsinnig zum Steuerkolben 16, über einen Raum 34' vom zu" übersetzenden Druck 0 beaufschlagt ist. Die Kolben 16, 20 und 38 sind als Membrankolben ausgeführt, um Reibungsverluste möglichst klein zu halten. Im Stößel 36 ist eine axiale Entlastungsbohrung.42 angeordnet, die über eine radiale Drossel stelle 44 in den Raum 40 mündet. Der Kolben 38 wird von einer Feder 46, die sich am Gehäuse des Drucküberseters 1 abstützt, vom Steuerkolben 16 weg gegen einen gehäusefesten Anschlag 48 gedrückt, wobei je nach Beaufschlagung des Raumes 34 Kolben 16 entweder die Mündung der Entlastungsbohrung 42 in Raum -34 verschließt oder offenhält.

80981 B/0113 -9-

Raum 34 ist mit Ea^-Um 40 über ein in Strömungsrichtung zu letzterem öffnendes Rückschlagventil 50 verbunden. Das Rückschlagventil 50 weist einen plattenförmigen Ventilkörper 52 auf, in dem sich eine enge Bohrung bzw. Drosselstelle 54 befindet. Der Ventilkörper 52 wird von einer Feder in Schließrichtung belastet.

Die Ventileinrichtung 24 weist einen Einlaßventilteil 56 und einen Auslaßventilteil 58 auf. Der Einlaßventilteil überwacht die Verbindung eines über Leitung 12 ständig mit dem Vorratsdruckluftbehälter 14 verbundenen Raumes 60 und der Auslaßventilteil 58 eine Verbindung mit der Atmosphäre jeweils zu einem Raum 62. Raum 62 ist über einen nicht gezeigten Verbindungskanal mit Raum 32 und Leitung 2 verbunden.

Auslaßventilteil 5B wird durch eine Feder 64 in ständiger Berührung mit dem einen Ende des Waagebalkens bzw. zweiarmigen Hebels 22 gehalten. Das andere Ende des Hebels wird entgegengesetzt und damit in gleicher Wirkungsrichtung von Fuß 28 belastet, der gegenüber Rücksteuerkolben 20 verschieblich angeordnet ist und durch eine Feder 66 in Richtung Hebel 22 vorbelastet wird.

Im stationären Zustand entspricht die Funktion des Druckübersetzers der für die Druckübersetzer mit Waagebalken bzw. zweiarmigen Hebel üblichen und bekannten Funktionsweise: 809816/0113

- 10 -

Der Kolben 58 ist beidseitig gleich vom zu übersetzenden Druck C_v beaufschlagt und liegt unter der Kraft der Feder 46 am Anschlag 48 an.

Einem bestimmten zu übersetzenden Druck C ±m. Raum 34, 34' entspricht ein bestimmter, dem Bremszylinder 4 zuzuführender Druck 0 in Raum 62 und 32, wobei, falls dieser Druck sich durch irgendwelche Einflüsse ändern sollte, über die Ventileinrichtung 24 diesen Änderungen des Druckes G entgegengesteuert wird. Das Verhältnis der beiden Drücke 0 und 0 zueinander ist dabei vom Verhältnis der Beaufschlagungsflächen des vom Stößel 36 abgesenkten Steuerkolbens 16 und des Rücksteuerkolbens 20, sowie vom über das Auflager 26 eingestellten Verhältnis der Armlängen des Waagebalkens bzw. Hebels 22 abhängig.

Wird in den Raum 34, 34' eine D ruck steigerung um eine bestimmte Druckstufe eingespeist, bewegt sich Steuerkolben und Fuß 30 nach unten, Hebel 22 wird um Auflager 26 verschwenkt und hebt Einlaßventil teil 56 von seinem Sitz ab, aus Raum 60 strömt Druckluft in Raum 62 ein und steigert den in diesem Raum und den angeschlossenen Leitungen herrschenden Druck, bis diese Drucksteigerung, auf die Fläche des Rücksteuerkolbens 20 wirkend, ausreicht, der auf die Fläche des Steuerkolbens 16 wirkenden Drucksteigerung derart entgegenzuwirken, daß der Hebel 22 in seine dargestellte Lage unter Schließen des Einlaßventilteils

.. ,, ^₄. 809816/0113
zurückkehrt. ^

Die Drucksteigerung im Eaum 34 kann sich über die Drosselstellen 54 im Ventilkörper 52 und 44 in der Entlastungsbohrung 42 nur verzögert im Saum 40 unterhalb des zweiten Kolbens 38 aufbauen. In diesem Saum herrscht daher zunächst ein Druck C der kleiner als der eingesteuerte, zu übersetzende Druck C ist. Palis der auf die Außenfläche des Kolbens 38 einwirkende Druck C in einer Druckkraft resultiert, die größer als die Druckkraft der Feder 46 ist, bewegt sich Kolben 38 nach unten und beaufschlagt über Stößel 36 den Steuerkolben 16. Die Ventileinrichtung 24 wird dadurch stärker bzw. weiter verstellt, in den Säumen 62 und 32 bzw. Leitung 2 wird sich ein höherer Druck aufbauen, als dies dem eingesteuerten Druck C_v entspricht. Da sich jedoch Eaum 40 über die beiden Drosselstellen 54 und 44 relativ schnell auffüllt, drückt Feder 46 den zweiten Kolben 38 bald wieder nach oben gegen Anschlag 48. Der Druck C stellt sich gemäß Lage des Auflagers 26 und Verhältnis der Flächen der Kolben 16 und 20 auf den gewünschten Wert ein.

Über die Bemessung der Drosselstelle 44 kann man die Höhe und Dauer der Übersteuerung in gewissen Grenzen beliebig einstellen.

809816/0113 - 12 -

Falls der neu eingesteuerte Druck C^ so weit über dem im Raum 40 herrschenden Druck C₁- liegt, daß die Kraft der den Ventilkörper 52 des Rückschlagventils 50 "belastenden Feder überwunden wird, wird der Ventilkörper 52 von seinem Sitz abgehoben und es kommt bis auf eine, wie vorstehend beschrieben, eine bestimmte Übersteuerung des Druckes C bewirkende, geringe Restdruckdifferenz zu einem unmittelbaren, unvollständigen Druckausgleich zwischen den Räumen 40 und 34. Sodann schließt sich das Rückschlagventil 50 wieder über die Drosselstellen 54 und 44 ergibt sich, wie geschildert, ein völliger Druckausgleich zwischen den Räumen 34 und 40 und die in ihrer Höhe durch die Funktion des Rückschlagventils 50 begrenzte Übersteuerung wird abgebaut. Sodann wird der zweite Kolben 38 funktionslos und von Feder 46 an den Anschlag 48 gedrückt.

Beim ersten Ansteuern des Druckübersetzers aus der Lösestellung heraus, in welcher die Drücke 0_v und 0 dem Atmosphärendruck entsprechen, liegen die Verhältnisse etwas anders. Die Räume 32, 34 und 34· sind zunächst drucklos, Steuerkolben 16 wird durch die Federn 64 und 66 nach oben gedruckt, bis er am Stößel 36 zur Anlage kommt. Feder 46 hält den zweiten Kolben 38 am Anschlag 48 fest. Die Mündung der Entlastungsbohrung 42 in den Raum 34 ist vom Steuerkolben 16 verschlossen. Wird in Raum 34, 34' über Leitung 10 eine erste, relativ niedrige Druckstufung ein-

809816/0113

- 15-

gesteuert, kann sich diese lediglich über Drosselstelle im Raum 40 stark verzögert aufbauen. Es kommt daher zu einem sicheren und sofortigen Ansprechen des zweiten Kolbens 38, der über Stößel 36 auf den Steuerkolben 16 einwirkt, der selbst vom Steuerdruck C_v beaufschlagt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Steuerkolben 16 genauso groß wie der zweite Kolben 38, so daß sich anfänglich genau die doppelte Stellkraft ergibt, wie sie bei Vorhandensein nur des Steuerkolbens 16 auftreten würde, und somit eine anfängliche Übersteuerung des Druckes 0 von 100 %. Die maximale Übersteuerung des Druckes 0 ist also begrenzt. In dem Maße, in dem Raum 40 über die Drosselstelle 54 aufgefüllt wird, sinkt die Stellkraft wieder ab, bis sich schließlich Stößel 36 unter Wirkung von Feder 46 vom Steuerkolben 16 löst und nach oben gegen Anschlag 48 gedrückt wird.

Bei einem weiteren Erhöhen des Steuerdruckes 0_γ steht neben der Drosselstelle 54 über den offenen Entlastungskanal 42 nun noch, wie zuvor beschrieben, die Drosselstelle 44 zur Verfügung, so daß es zu einem beschleunigten Druckausgleich zwischen den Räumen 34 und 40 kommt, was in einer kleineren und kürzeren Übersteuerung resultiert.

809816/0113

Die Entlastungsbohrung 42 kann jedoch auch gegebenenfalls weggelassen werden, falls unabhängig von der Reihenfolge jedesmal die gleiche "Übersteuerungscharakteristik gewünscht wird.

Eine gewisse Regulierungsmöglichkeit bietet auch die Auswahl von Feder 46. Wie bereits beschrieben, kommt es nur zu einem Ansprechen des zweiten Kolbens 38, wenn die auf ihn wirkende Druckkraft größer ist als die entgegenwirkende Federkfraft 46. Wählt man die Druckstufungen so, daß der Differenzdruck nicht ausreicht, den zweiten Kolben J8 gegen die Kraft der Feder 46 zu verschieben, kommt es zu keiner Übersteuerung, vorausgesetzt jedenfalls, daß die Einsteuerung einer neuen Druckstufe von einem ausgeglichenen Zustand aus beginnt.

Je nach Ausgestaltung des Druckübersetzers mit oder ohne Entlastungsbohrung 42 und gegebenenfalls mit oder ohne Rückschlagventil 50 läßt sich nahezu jedes gewünschte Ansprechverhalten erreichen.

809816/0111 -15-

Claims

München, den 30.8.1976

IP-Ha

_ 1372 -

Patentansprüche

/^Druckübersetzer, insbesondere für lastabhängige Druckluftbremsen von Schienenfahrz eugen, mit einem vom zu übersetzenden Druck belasteten Steuerkolben, einem vom übersetzten Druck belasteten Eücksteuerkolben und einem ein verschiebbares Auflager aufweisenden zweiarmigen Hebel, an welchem Steuer- und Eücksteuerkolben einander entgegenwirkend angelenkt sind und einer den übersetzten Druck steuernden, mit dem Hebel gekoppelten Ventileinrichtung, wobei zum Zwecke einer anfänglichen Übersteuerung die Einstellung der einer bestimmten Bremsstufe entsprechenden Enddrucke über Steuer- bzw. Eücksteuerkolben durch eine Drosselstelle verzögert erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in Wirkungsrichtung des Steuerkolbens (16) ein zweiter Kolben (38) auf den Hebel (22) einwirkt, der ebenfalls vom zu übersetzenden Druck (C ) "beaufschlagt ist und der einen Baum (40) begrenzt, der über eine Drosselstelle (54) an den zu übersetzenden Druck (G ) angeschlosssen ist.

809816/0113

- 16 -
2. Druckübersetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (38) über ein federbelastetes, parallel zur Drosselstelle (54) geschaltetes Rückschlagventil (54) an den zu übersetzenden Druck (O) angeschlossen ist.
3. Druckübersetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (54), wie bekannt, im Ventilkörper (52) des Rückschlagventils (50) angeordnet ist.
4. Druckübersetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (38) gleichachsig über dem Steuerkolben (16) angeordnet ist und über einen verschieblich im Gehäuse geführten Stößel (36) mit dem Steuerkolben (16) koppelbar ist.
5. Druckübersetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Stößel (36) eine Entlastungsbohrung (42) angeordnet ist, die einerseits in den vom zu übersetzenden Druck (G ) beaufschlagten Raum (34) über dem Steuerkolben (17) mündet und von diesem verschließbar ist und die andererseits in dem Raum (40) mündet, der vom zweiten Kolben (38) begrenzt ist.

809816/0113

- 17 -
6. Druckübersetzer nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß in der "Entlastungsbohrung (42) eine Drosselstelle (44) vorgesehen ist.
7· Druckübersetzer nach einem der Ansprüche 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (38) gegen die Wirkung des zu übersetzenden Druckes (C ) von einer Feder (46) belastet ist tind von einem Anschlag (48) abfangbar ist.
8. Druckübersetzer nach einem der Ansprüche 4 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht druckbeaufschlagtem Druckübersetzer der Steuerkolben (Ίδ)υπΐΕΕ¹ Federdruck die Entlastung sbohrung (42) verschließend am Stößel (36) anliegt.

9- Druckübersetzer nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kolben (16, 20) Membrankolben sind.

809818/0113