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Hydraulisches Wegeventil mit hydraulischer
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Servobetätigung Beschreibung Die Erfindung beieht sich auf ein hydraulisches
Wegeventil mit hydraulischer Servobetätigung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch
1.
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Ein solches Wegeventil findet beispielsweise Anwendung in Bremsanlagen
für Anhänger und steuert die Versorgung zumindest eines Bremszylinders der Bremsanlage
mit Druckfluid.
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Das Wegeventil wird seinerseits hydraulisch servobetätigt, indem der
auf den Schieber wirkende Druck im Servoraum verändert wird, beispielsweise durch
Betätigung eines Bremspedals, das mittels eines hydraulischen Druckgebers den Steuerdruck
erzeugt, der auf den Servoraum des Wegeventils gegeben wird.
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Die Zuverlässigkeit eines solchen Wegeventils hängt unter
anderem
davon ab, daß der Servoraum und die an ihn angeschlossenen Leitungen ausschließlich
mit Druckfluid gefüllt sind, d.h. daß sich keine Gas- bzw. Luftblasen im Servoraum
oder den Leitungen befinden. Bei herkömmlichen Wegeventilen dieser Art ist jedoch
nicht sichergestellt, daß der Servoraum luftfrei ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Wegeventil
derart auszubilden, daß der Servoraum und die an ihn angeschlossenen Leitungen ständig
luftfrei gehalten werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Servoraum
in zumindest einer Stellung des Schiebers mit dem Rücklaufraum oder dem Druckraum
in Verbindung steht.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist dafür gesorgt, daß in der
zumindest einen Stellung des Schiebers in den Servoraum Druckfluid nachgefüllt wird,
so daß eventuell vorhandene Gas- bzw. Luftblasen ausgetrieben werden, so daß die
Zuverlässigkeit des Wegeventils erhöht ist. Außer diesem Vorteil wird durch die
erfindungsgemäße Ausbildung erreicht, daß Undichtheiten zwischen dem Servoraum und
den anderen Räumen des Wegeventils unbedenklich sind, da das vom Wegeventil yesteuerte
Druckfluid und das Druckfluid der Servobetätigung identisch sind. Derartige Undichtheiten
müßten dagegen vermieden werden, wenn verschiedene Druckfluide verwendet würden.
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Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine
schematische Dartellung einer Anhängerbremsanlage, die ein Anwendungsbeispiel für
das Wegeventil darstellt; Figur 2 eine erste Ausführungsform des Wegeventils im
Längsschnitt; Figuren 3 und 4 der Figur 2 ähnliche Darstellungen, die das Wegeventil
gemäß Figur 2 in anderen Stellungen zeigen; Figur 5 eine weitere Ausführungsform
des Wegeventils im Längsschnitt; und Figur 6 ein Ausführungsbeispiel für einen Druckgeber
der Anlage gemäß Figur 1.
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In Figur 1 ist ein Anwendungsbeispiel für ein erfinduncjsge mäßes
Wegeventil dargestellt. Dieses Anwendungsbeispiel zeigen einen Ausschnitt aus einer
Bremsanlage für einen Anhanyes die unabhängig von der Bremsanlage der Zugmaschine
ist. Einc solche Anhängerbremsanlage ermöglicht es, den Anhänger auch dann zuverlässig
zu bremsen, wenn beispielsweise der Antriebsmotor der Zugmaschine ausfällt. Bei
AnhängerbremsanlagellS die an einen Hydraulikkreis der Zugmaschine angeschlossen
sind der nur bei laufendem Antriebsmotor der Zugmaschine Druck fluid unter ausreichendem
Druck führt, ist dies nicht der Fall.
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Die in Figur 1 dargestellte Bremsanlage umfaßt einen Speicher 1 für
Druckfluid sowie eine auf beliebige Weise angetriebene Gleichdruckpumpe 2, die aus
einem Rücklaufbehälter 3 den Speicher 1 sowie eine Zulaufleitung 33 mit Druckfluid
speist1 wobei die Zulaufleitung 33 auch in Verbindung mit dem Speicher 1 steht,
so daß auf der Zulaufleitung 33 ständig Druck fluid unter konstantem Druck verfügbar
ist. Der Ablauf des Druckfluids wird von einem Wegeventil 4 gesteuert1 das drei
Stellungen A, B und C hat. In der Stellung A ist die Zulauf leitung 33 gesperrt
und ist eine Ablaufleitung 37 des Wegeventils 4 mit einer zum Rücklaufbehälter 3
führende Rücklauf leitung 39 verbunden. In der Stellung B des Wegeventil 4 sind
die Zulauf leitung 33, die Ablaufleitung 37 und die Rücklaufleitung 39 gesperrt.
In der Stellung C des Wegeventils 4 ist die Rücklaufleitung 39 gesperrt während
die Zulaufleitung 33 und die Ablaufleitung 37 miteinander in Verbindung stehen.
Das Wegeventil 4 wird im folgenden noch ausführlicher erläutert. Die Ablaufleitung
37 führ'c zu einer Hydraulikkupplung 8 zwischen Zugmaschine und Anhänger, an die
anhängerseitig eine Leitung 9 angeschlossen ist, die zu zumindest einem Bremszylinder
des Anhängers führt.
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An einem Bremspedal 5 der Zugmaschine befindet sich ein Druckgeber
6, in dem bei Betätigung des Bremspedals Druck aufgebaut wird, wobei die Beziehung
zwischen Druckhöhe im Druckgeber 6 und Pedalkraft mittels einer Stellschraube 7
einstellbar ist.
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Der Druckgeber 6 ist über eine Steuerleitung 35 mit dem Wegeventil
4 verbunden, das je nach Druckhöhe auf der Steuerleitung 35 eine seiner drei Stellungen
A, B oder C einnimmt.
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Im folgenden wird das Wegeventil 4 ausführlicher erläutert.
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Es sei klargestellt, daß die vorstehend beschriebene Bremsanlage nur
ein Anwendungsbeispiel für das Wegeventil 4 ist und daß das Wegeventil auch in beliebigen
anderen Anlagen anwendbar ist.
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Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform des Wegeventils 4.
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Das Wegeventil umfaßt ein Gehäuse 10, in dem eine axial verlaufende
Gehäusebohrung 12 ausgebildet ist, die einen einen Ringkanal 14 bildenden Abschnitt
mit größerem Durchmesser aufweist. In der Gehäusebohrung 12 ist ein kolbenförmiger
Schieber 20 angeordnet, der eine erste Ringnut 22 sowie eine zweite Ringnut 24 aufweist.
Die erste Ringnut 22 und die Gehäusebohrung 12 begrenæneinen Rücklaufraum 28, in
den ein im Gehäuse 10 ausgebildeter Rücklaufkanal 38 mündet, an den die Rücklaufleitung
39 angeschlossen ist. Die zweite Ringnut 24 und die Gehäusebohrung 12 begrenzen
einen Druckraum 26, in den ein im Gehäuse 10 ausgebildeter Zulaufkanal 32 mündet,
der an die Zulaufleitung 33 angeschlossen ist.
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Auf seiner in Figur 2 rechten Seite teilt der Schieber 20 in der Gehäusebohrung
12 einen Servoraum 30 ab, in den ein Steuerkanal 34 mündet, der an die Steuerleitung
35 angeschlossen ist. In den Ringkanal 14 mündet ein im Gehäuse 10 ausgebildeter
Ablaufkanal 36, der an die Ablaufleitung 37 angeschlossen ist. Im Gehäuse ist ferne
ein Kanal 40 ausge-
bildet, der den Ablaufkanal 36 mit der Bohrung
16 verbindet In einer an ihrem in Figur 2 linken Ende verschlossenen Bohrung 16
befindet sich eine Rückstellfeder 42, deren Vorspannung über eine justierbare Stellschraube
44 einstellbar ist und die über einen Federsitz 46 auf einen Stift 48 wirkt der
abgedichtet durch-eine Dichtscheibe 18 verläuft und sich in seinem in Figur 2 rechten
Ende am Schieber 20 abstützt. Der Stift 48 zentriert die Rückstellfeder 42, überträgt
deren Kraft zum Schieber 20 und ist an seinem in Figur 2 linken Ende dem Druck in
der Bohrung 16 ausgesetzt.
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Durch den Schieber 20 verläuft eine Längsbohrung 50, die sich über
die gesamte Länge des Schiebers erstreckt und über eine Querbohrung 52 mit dem Rücklaufraum
28 in Verbindung steht Im in Figur 2 linken Ende der Längsbohrung 50 stützt sich
der Stift 48 ab, wobei jedoch der Raum links vom Schieber 20 ständig in Verbindung
mit der Längsbohrung 50 steht.
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In das in den Servoraum 30 mündende Ende der Längsbohruncj 50 ist
ein Tellerventil 54 eingesetzt. Dieses Tellerventil 54 umfaßt einen Teller 56 sowie
einen am Teller angeformten Schaft 60, der von einer in das Ende der Längsbohrung
50 eingesetzten Führungsbuchse 66 geführt wird. Am Schaft 60 sitzt ein Sicherungsring
68, der den Schaft in Axialrichtung bezüglich der Führungsbuchse 66 sichert. Durch
den Schaft 60 verläuft eine an ihrem in Figur 2 rechten Ende geschlossene Längsbohrung
62, von der eine Querbohrung 64 ausgeht, die unterhalb des Tellers 56 auf der Außenseite
des Schaftes 60 mündet. Auf dem der Führungsbuchse 66 zugewandten Seite des Tellers
56 ist ein Dichtungsring 58 angeordnet. Wenn das Tellerventil 54 seine.in Figur
2 dargestellte offene Stellung einnimmt, stehen die Längsbohrung 50 und der Servoraum
30
über die Längsbohrung 62 und die Querbohrung 64 im Schaft 60
miteinander in Verbindung. Wenn dagegen der Teller 56 der Führungsbuchse 66 verschoben
ist, liegt der Dichtungsring 58 dichtend zwischen dem Teller 56 und der Führungsbuchse
66, so daß die Verbindung zwischen der Längsbohrung 50 und dem Servoraum 30 gesperrt
ist. Eine Rückstellfeder, die das Tellerventil 54 in seine offene Stellung bringt,
ist nicht notwendig, kann jedoch vorgesehen sein.
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Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2, 3 und 4 die
Funktionsweise des vorstehend beschriebenen Wegeventils 4 erläutert. Figur 2 zeigt
das Wegeventil in seiner Stellung A, Figur 3 zeigt das Wegeventil in seiner Stellung
B und Figur 4 zeigt das Wegeventil in seiner Stellung C.
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Wenn die Steuerleitung 35 drucklos ist, nehmen die Ventilelemente
die in Figur 2 dargestellten Stellungen ein. Der Ablaufkanal 36 steht über den Ringkanal
14 und den Rücklaufraum 28 in Verbindung mit dem Rücklaufkanal 38. Über den Kanal
40 steht auch der von der Bohrung 16 begrenzte Raum mit dem Rücklaufkanal 38 in
Verbindung, und auch der Raum links vom Schieber 20 ist über die Längsbohrung 50
sowie die Querbohrung 52 mit dem Rücklaufkanal 38 verbunden. Der Druckraum 26 steht
nur mit dem Zulaufkanal 32 in Verbindung, so daß der Zulauf gesperrt ist. Das Tellerventil
54 ist geöffnet, so daß der Servoraum 30 über die Längsbohrung 50, die Querbohrung
52 und den Rücklaufraum 28 mit dem Rücklaufkanal in Verbindung steht. Die Ablaufleitung
37 ist drucklos, so daß die Bremsen nicht betätigt werden.
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Wenn durch Betätigung des Bremspedals der Druck in der Steuerleitung
35 und somit im Servoraum 30 ansteigt, wird zunächst.
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das Tellerventil 54 geschlossen. Der höhere Druck im Servo-
raum
30 verschieb den Schieber 20 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 42 und entgegen
dem sich in der Bohrung 16 aufbauenden Druck zunächst in die in Figur 3 dargestellte
Stellung Bo Da das Tellerventil 54 geschlossen ist, kann der Druck aus dem Servoraum
30 nicht entweichen. In der Stellung B ,st der Zulaufkanal 32 noch gesperrt und
ist die Verbindung zwischen dem Rücklaufkanal 38 und dem Ablaufkanal 36 unterbrochen.
Das aus dem Raum links vom Schieber 20 verdrängt Druckfluid kann durch die Längsbohrung
50, die Querbohrung 52 und den Rücklaufraum 28 zum Rücklaufkanal 38 entweichen.
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Wei'ceLer Druckanstieg im Servoraum 3G bringt dann das Wegeventil
in seine in Figur 4 dargestellte Stellung C. Das Tellerventil 54 ist unverändert
geschlossen. Der Zulaufkanal 32 steht jetzt über den Druckraum 26 in Verbindung
mit dem Ab laufkanal 36, so daß auf die Ablauf leitung 37 Druck gelangt Der Rückiaufkanal
38 steht lediglich über die Längsbohrung 50 und die Querbohrung 52 in Verbindung
mit dem Raum auf der in figur 4 linken Seite des Schiebers 20 Wenn das Wegeventil
4 Bestandteil einer Bremsanlage gemäß Figur 1 ist, werden die Bremsen mit Bremsdruck
versorgt Da der Druck im von der Bohrung 16 begrenzten Raum mit dem Druck im Ablaufkanal
36 ansteigt, steigt die vom Stift 48 auf den Schieber 20 ausgeübte Rückstellkraft
Diese bringt das Wegeventil erneut in seine in Figur 3 dargestellte Stellung, wenn
der Druck im Ablaufkanal 36 ein bestimmtes Verhältnis zum Druck im Servoraum 30
erreicht hat Weiterer Druckanstieg im Ablaufkanal 36 erfolgt dann nicht, so daß
das Wegeventil den Druck im Ablauf auf einen zum Druck im Servoraum 30 proportionalen
Druck einstellt Bei Anwendung des Wegeventils in einer Bremsanlage gemäß Figur 1
hedeutet
dies, daß der Bremsdruck proportional zur Kraft auf das
Pedal 5 ist.
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Wenn der Druck im Servoraum 30 sinkt, beispielsweise dadurch, daß
das Bremspedal freigegeben wird, geht das Wegeventil aufgrund der Kraft der Rückstellfeder
42 und des im von der Bohrung 16 begrenzten Raum herrschenden Drucks aus seiner
in Figur 3 dargestellten Stellung B in seine in Figur 1 dargestellte Stellung A
zurück. Spätestens zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ringkanal 14 in Verbindung mit dem
Rücklaufraum 28 tritt, wird das Tellerventil 54 geöffnet, so daß der Servoraum 30
von dann an in Verbindung mit dem Rücklaufraum 28 steht und aus diesem gegebenenfalls
das Druckfluid nachgefüllt wird. Die Verbindung zwischen dem Servoraum 30 und dem
Rücklaufraum 28 bleibt während des gesamten Zeitraumes bis zur nächsten Betätigung
des Wegeventils erhalten, so daß der Servoraum 30 und die an ihn angeschlossenen
Leitungen während dieses Zeitraumes entlüftet bzw. nachgefüllt werden, sofern dies
notwendig ist. Somit wird auf einfache Weise dafür gesorgt, daß der Servoraum 30
luftfrei gehalten wird. Außer diesem Vorteil bringt das beschriebene Wegeventil
den Vorteil mit sich, daß Dichtungsprobleme zwischen dem Servoraum 30 und dem Druckraum
26 nicht auftreten, da sich Undichtigkeiten nicht nachteilig auswirken können, weil
das vom Wegeventil gesteuerte Druckfluid identisch mit dem Fluid der Servobetätigungdes
Wegeventils ist.
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In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform des Wegeventils dargestellt,
die sich von der Ausführungsform gemäß den Figuren 2 bis 4 im wesentlichen dadurch
unterscheidet, daß das Nachfüllen des Servoraumes 30 nicht aus dem Rücklauf sondern
aus dem Zulauf erfolgt. Für Elemente und Teile des Wegeventils gemäß Figur 5, die
mit Elementen und Teilen des Wegeven-
tils gemäß den Figuren 2
bis 4 übereinstimmen, werden in Figur 5 gleiche Bezugszeichen benutzt. Diese Elemente
und Teile werden im folgenden nicht erneut erläutert. Das Wegeventil gemäß Figur
5 kann die gleichen drei Stellungen A, B und C wie das Wegeventil gemäß den Figuren
2 bis 4 einnehmen und ist in Figur 5 in seiner Stellung A dargestellt.
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Im folgenden werden lediglich die Unterschiede. des Wegeventils gemäß
Figur 5 zum Wegeventil gemäß den Figuren 2 bis 4 erläutert. Am Schieber 20 ist in
Figur 5 rechts von der zweiten Ringnut 24 eine dritte Ringnut 70 ausgebildet, die
zusammen mit der Gehäusebohrung 12 einen Ringraum 72 begrenzt.
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Über eine im Schieber 20 ausgebildete Längsbohrung 74 und zwei Querbohrungen
76 und 78 steht der Ringraum 72 ständig in Verbindung mit dem Druckraum 26. Die
Längsbohrung 74 erstreckt sich nicht über die gesamte Länge des Schiebers 20, der
keine der Längs bohrung 50 der ersten Ausführungsform des Wegeventils entsprechende
Bohrung aufweist. Im Gehäuse 10 ist ein Verbindungskanal 80 ausgebildet, der dann,
wenn das Wegeventil seine in Figur 5 dargestellte Stellung A einnimmt, den Ringraum
72 mit einem von der Bohrung 12 begrenzten, vom Servoraum 30 abgeteilten Füllraum
82 rechts vom Schieber 20 verbindet.
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Am in Figur 5 rechten Ende der Bohrung 12 befindet sich der Servoraum
30, der über den Steuerkanal 34 mit der Steuerleitung 35 verbunden ist. Zwischen
dem Servoraum 30 und dem Füllraum 82 sitzt in der Bohrung 12 verschiebbar ein Kolben
84, der sich über eine Druckfeder 88 am Schieber 20 abstützt.
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Im Kolben 84 ist ein Rückschlagventil 86 ausgebildet, das dann, wenn
der Druck im Füllraum 82 größer als der Druck im Servoraum 30 ist, geöffnet ist
und bei höherem Druck im Servoraum 30 geschlossen ist.
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Im Gehäuse 10 ist ein Umleitungskanal 90 ausgebildet, der an seinem
einen Ende ständig in Verbindung mit dem Rücklaufraum 28 steht und an seinem anderen
Ende in den Füllraum 82 mündet, wobei diese Mündung jedoch vom Schieber 20 verschlossen
ist, wenn das Wegeventil seine Stellung A einnimmt, und erst geöffnet wird, wenn
der Schieber 20 in Richtung der Stellungen B und C verschoben wird.
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Der Raum links vom Schieber 20 steht über eine Längsbohrung 92 und
eine Querbohrung 94 ständig in Verbindung mit dem Rücklaufraum 28. Weitere Verbindungen
werden über die Längsbohrung 92 und die Querbohrung 94 nicht hergestellt.
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Das Wegeventil gemäß Figur 5 steuert in Abhängigkeit vom Druck im
Servoraum 30 die Verbindungen zwischen dem Zulaufkanal 32, dem Ablaufkanal 36 und
dem Rücklaufkanal 38 in gleicher Weise wie das Wegeventil gemäß den Figuren 2 bis
4.
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Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung und Figur 5 ergibt, ist
in der Stellung A des Wegeventils der Zulaufkanal 32 über den Druckraum 26, die
Querbohrung 76, die Längsbohrung 74, die Querbohrung 78, den Ringraum 72, den Verbindungskanal
80, den Füllraum 82 und das geöffnete Rückschlagventil 86 mit dem Servoraum 30 verbunden,
so daß in den Servoraum 30 und die angeschlossenen Leitungen aus dem Zulaufkanal
32 Druckfluid nachgefüllt wird, sofern dies erforderlich ist.
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Dies geschieht während des gesamten Zeitraumes, währenddessen das
Wegeventil nicht betätigt ist. Wenn der Druck im Servoraum 30 erhöht wird, um das
Wegeventil zu betätigen, wird das Rückschlagventil 86 geschlossen und wird der Kolben
84 nach links (in Figur 5) verschoben, wobei gleichzeitig über die Druckfeder 88
auch der Schieber 20 nach links verschoben wird. Bei seiner Linksverschiebung steuert
der Schieber 20 den Verbindungskanal 80 zu und den Umleitungskanal 90 auf,
so
daß einerseits die Verbindung zwischen dem Zulaufkanal 32 und dem Servoraum 30 unterbrochen
ist, während gleichzeitig der Füllraum 82 über den Umleitungskanal 90 und den Rücklaufraum
28 mit dem Rücklaufkanal 38 verbunden ist. Die Trennung des Zulaufkanals 32 vom
Servoraum 30 bleibt während der gesamten Zeitdauer der Betätigung des Wegeventils
erhalten, wird jedoch wieder aufgehoben, sobald das Wegeventil nicht mehr betätigt
wird. Auch das Wegeventil gemäß Figur 5 hat die Vorteile, daß der Servoraum 30 und
die an ihn angeschlossenen Leitungen luftfrei gehalten werden und daß keine Dichtungsprobleme
zwischen dem Servoraum und den übrigen Räumen des Wegeventils auftreten.
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In Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel für den Druckgeber 6 der Anlage
gemäß Figur 1 dargestellt, wobei sich dieses Ausführungsbeispiel allerdings vom
schematisch in Figur 6 dargestellten Druckgeber darin unterscheidet, daß es keine
Stellschraube 7 aufweist. Der in Figur 6 dargestellte Druckgeber 6, umfaßt ein Kolbengehäuse
102 mit einer axialen Gehäusebohrung, die an ihrem in Figur 6 rechten Ende größeren
Durchmesser hat und durch eine Verschlußschraube 104 verschlossen ist, die innen-
aufgebohrt ist und eine Auslaßbohrung 105 aufweist. Auf dem Kolbengehäuse 102 sitzt
eine von einem Kugelkäfig geführte Trittkappe 103. Die Auslaßbohrung 105 ist an
die Steuerleitung 35 angeschlossen. In den erweiterten Abschnitt der Gehäusebohrung
ist eine ringförmige Halterung 106 eingepreßt, die einen O-Ring 108 und eine Lippendichtung
110 sichert und spannt. In der Gehäusebohrung sitzt verschiebbar ein Kolben 112,
der an seinem in Figur 6 linken Ende an der Trittkappe 103 anliegt und in dessen
rechtes Ende eine Schraube 114 mit Innensechskant ge-
schraubt
ist, die am Kolben 112 eine Anschlagscheibe 116 sichert, die in der in Figur 6 dargestellten
einen Endlage des Kolbens 112 an der Halterung 106 anliegt. Im Innenraum der Verschlußschraube
104 ist eine Rückholfeder 118 angeordnet, die sich einerseits an der Verschlußschraube
104 und andererseits über die Anschlagscheibe 116 am Kolben 112 abstützt, wobei
sie von der Schraube 114 zentriert wird. Wenn auf die Trittkappe 103 eine Kraft
in Richtung des Kolbens 112 wirkt, wird der Kolben entgegen der Kraft der Rückholfeder
108 verschoben, wodurch ein Druck aufgebaut wird, der über die Auslaßöffnung 105
auf die Steuerleitung 35 gegeben wird.
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Im Kolbengehäuse 102 ist ein Gewindeloch ausgebildet, das in Verbindung
mit der Gehäusebohrung und über einen Zwischenraum zwischen der Halterung 106 und
der Verschlußschraube 104 mit dem Inneren der Verschlußschraube in Verbindung steht.
In dieses Gewindeloch ist eine Entlüftungsschraube 120 geschraubt, die gelöst werden
kann, so daß dann die gesamte Anlage aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausbildung
des Wegeventils 4 entlüftet wird.