DE2935166C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckregelventileinrichtung zur selbsttätigen Regelung des Betriebsdruckes von Druck­ luftanlagen, welche aus einem Drucklufterzeuger und aus Druckluftverbrauchern besteht, insbesondere in Fahrzeug­ bremsanlagen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Druckregelventileinrichtungen werden ent­ sprechend dem aus der DE-OS 27 26 494 bekannten Druckregler zwischen dem Luftpresser und der Druckluftverbraucheranlage bzw. deren Luftbehälter angeordnet, wobei dieser Druck­ regler bei Erreichen eines eingestellten Höchstdruckes den weiteren Druckaufbau im Luftbehälter unterbricht, indem die Strömungsrichtung der vom Luftpresser erzeugten Druck­ luft in die Atmosphäre umgelenkt wird.

Es ist auch eine Druckregelventileinrichtung unter der Be­ zeichnung "Governor" bekannt (Instruktionsblatt SD-36 REV, 7-18-68 der Firma Bendix-Westinghouse), deren Steuerung vom Behälterdruck ausgeht und die bei Erreichen einer eingestellten Druckhöhe den Luftpresser auf "Leerlauf" schaltet, d. h. in dieser Phase wird die Verdichtung der vom Luftpresser angesaugten Luft unterbrochen.

In der Regel schaltet der Governor wieder in Förderstellung, wenn der Druck in der Bremsanlage soweit gefallen ist, daß dieser Wert ca. 10% unter der Abschaltdruckhöhe liegt. Diese sogenannte Schaltspanne unterliegt vorgeschriebenen engen Toleranzen.

Diese bekannten Druckregelventileinrichtungen haben den Nachteil, daß die Schaltspanne zwischen Einschalt- und Ausschaltdruck durch Zusammenwirken von Federkräften, Reibkräften und wechselnden Wirkflächen erreicht wird, wobei ein großer Anteil dieser Einflußgrößen langzeitigen Veränderungen unterworfen ist, was zu unerwünschten Ver­ änderungen der Schaltspanne führen kann. Damit diese Ein­ flußgrößen die Schaltspanne nicht unzulässig vergrößern oder verkleinern, ist man gezwungen, die Wirkflächen groß zu gestalten und die Toleranzen der Einzelteile sehr eng zu halten, was die funktionelle Sicherheit sowie die Her­ stellungskosten in negativem Sinne beeinflußt.

Weiterhin ist von Nachteil, daß Druckregelventileinrichtungen deren Einsatz in Hochdruckbremsanlagen vorgesehen sind, für hohe Abschaltdrücke von 15 . . . 20 bar Regelfedern mit be­ sonders großen Abmessungen und Betätigungskräften er­ fordern. Schaltspannen im üblichen Bereich sind dann be­ züglich vertretbarer Kosten besonders schwierig realisier­ bar, da dann besonders hohe Anforderungen an Fertigungs­ toleranzen gestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckregel­ ventileinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, deren werkseitig eingestellte Schaltspanne sich über einen längeren Zeitraum hinweg nicht verändert, wobei diese Schaltspanne ohne größeren Fertigungsaufwand in kleinen Toleranzen gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufge­ führte Erfindung gelöst.

Die Zuordnung eines in der Hubhöhe regelbaren Kolbens in dem Einflußbereich der Kammer, über welche die Ansteuerung der Umschalteinrichtung des Luftpressers erfolgt, bewirkt, daß die zum Umschalten erforderliche Druckabsenkung - also die Schaltspanne - nunmehr in vorteilhafter Weise davon abhängig ist, welchen Weg der Regelkolben durchfahren bzw. die Durchbiegung der Membran betragen muß, wenn der zu­ sätzlich angeordnete Kolben seine untere Stellung einnimmt, bis das Auslaßventil geöffnet ist. Der das Einlaßventil mit der Membran bildende Stößel zeigt einen kleinstmöglichen, den am unteren Ende erforderlichen Durchtrittsquerschnitt angepaßten Außendurchmesser auf, so daß die Reibkraft, die sich an der Dichtung am Außendurchmesser des Stößels er­ gibt, vernachlässigbar klein ist.

Die die Schaltspanne unbestimmbar verändernden Einfluß­ größen sind ohne größeren Fertigungsaufwand auf einen kleinstmöglichen Wert reduziert.

Durch die Einstellbarkeit des zusätzlich angeordneten Kol­ bens ergibt sich der Vorteil, daß die Schaltspanne nur noch mittels Einstellung der Hubhöhe dieses Kolbens fest­ gelegt und unveränderbar ist und zum Federkennwert der Regelfeder, der sich ebenfalls nicht verändert, abhängig ist.

Für den Einsatz in Hochdruckanlagen können nunmehr Regel­ kolben und Regelfedern kleiner gehalten werden, da die Schaltspanne vom Differenzdruckbetrag abhängig ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unter­ ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.

Das Ventilgehäuse 1 eines Governors besitzt Anschlüsse für den Drucklufteingang (Anschluß 2) vom Vorratsbehälter 3 und für den Druckluftausgang (Anschluß 4) zur Schaltein­ richtung des Luftpressers 5. Zwischen einem zur Aufnahme einer Regelfeder 6 dienenden Gehäusedeckel 7 und dem Ventilgehäuse 1 ist eine Membran 8 als Regelkolben ange­ ordnet. Diese Membran 8 steht unter der Spannung der Regelfeder 6, wobei die Spannung der Regelfeder 6 mittels eines Gewindestiftes 19 einstellbar ist.

Unter der Membran 8 befindet sich eine Druckkammer 10, deren Druckbeaufschlagung über den Anschluß 2 denselben Druckverhältnissen wie denen des Vorratsbehälters 3 unter­ liegt. Die untere Fläche der Membran 8 bildet mit der Ringfläche 11 eines koaxial unter der Membran 8 angeordne­ ten, das Gehäuse abgedichtet durchdringenden Hohlstößels 12 ein Einlaßventil 8, 11, wobei dieser Stößel 12 mit seinem unteren Ende in eine im unteren Teil des Gehäuses 1 be­ findliche, mit dem Anschluß 4 verbundene Kammer 13 hinein­ ragt. Die Kammer 13, welche bei offenem Einlaßventil 8, 11 über eine Bohrung 12 a des Stößels 12 mit der Kammer 10 ver­ bunden ist, wird durch einen im unteren Teil des Gehäuses 1 abdichtend geführten, hohl ausgebildeten Kolben 14 abge­ grenzt, wobei die Hubbewegung des Kolbens 14 nach oben mittels eines gehäusefesten Anschlages 15 und nach unten mittels einer in der Höhe verstellbaren Anschlagschraube 16 begrenzt ist. Im Hohlraum des Kolbens 14 ist eine Feder 17 angeordnet, deren Spannung den Kolben 14 gegen den oberen Anschlag 15 drückt. Ein gleichfalls im Hohlraum des Kol­ bens 14 angeordneter Ventilkörper 18 bildet mit einem kolbenfesten Ventilsitz 19 ein Auslaßventil 18, 19, welches mittels einer die obere Kolbenwand des Kolbens 14 durchdringenden Verlängerung 20 des Stößels 12 gegen die Kraft einer im Hohlraum des Kolbens 14 unter dem Ventil­ körper 18 angeordneten zweiten Feder 21 befestigt wird. Die Kammer 13 steht bei offenem Auslaßventil 18, 19 über eine Öffnung 22 mit der Atmosphäre in Verbindung.

Die Funktion dieses, auch "Governor" bezeichneten Ge­ rätes ist wie folgt:
Die vom Vorratsbehälter über den Anschluß 2 in die Kam­ mer 10 einströmende Druckluft baut dort einen Druck auf, der auf die Unterseite der Membran 8 wirkt. Bei Über­ schreitung eines bestimmten Druckes, dessen Höhe durch die Spannung der Feder 6 beeinflußbar ist, wölbt sich die Membran 8 nach oben, und der Stößel 12 folgt dieser Be­ wegung infolge der Kraft der unter dem Ventilkörper 18 an­ geordneten Feder 21, so daß sich das Auslaßventil 18, 19 schließt. Bei weiterem Druckaufbau in Kammer 10 hebt sich die untere Fläche der Membran 8 von der Ringfläche 11 des Stößels 12 ab, und Druckluft strömt nunmehr aus der Kam­ mer 10 über die Bohrung 12 a des Stößels 12 in die Kam­ mer 13 und bewirkt über den Anschluß 4 eine Umschaltung des Luftpressers in den "Leerlauf".

Gleichzeitig bewirkt der Druck in der Kammer 15 einen Ab­ wärtshub des Kolbens 14 gegen die Kraft der Feder 17 unter Mitnahme des Ventilkörpers 18 ebenfalls gegen die Kraft dessen Feder 21, wobei die Abwärtshubbewegung des Kol­ bens 14 mittels der Schraube 16 oder statt dessen durch Einlegen von Scheiben einstellbar ist, d. h. daß durch diese Mittel eine Verstellung der Hubspanne möglich ist.

Dieser Zustand bleibt so lange erhalten, bis sich der Druck, der den Regelkolben (Membran 8) beaufschlagt, senkt und die sich nach unten durch die Kraft der Feder 6 zurück­ bildende Membran 8 das Ventil 8, 11 schließt, wobei die auf den Stößel 12 sich übertragende Bewegung das Ventil 18, 19 öffnet. Der Druckabfall bewirkt eine Umschaltung des Luftpressers aus der Leerlaufphase in die Förderphase. Gleichzeitig kehrt der Kolben 14 durch die Kraft der Feder 17 in seine obere durch Anschlag 15 begrenzte Stellung zurück.

Die bis auf vernachlässigbare Werte nur noch von der Hublänge des Kolbens 14 abhängige Schaltspanne der er­ findungsgemäßen Druckregelventileinrichtung ermöglicht die Verwendung eines Regelkolbens mit kleinerem Durch­ messer im Vergleich zu den bisher bekannten Einrichtungen, die mit sogenannten Flächensprüngen (wechselnde Wirk­ flächen in Ein- und Ausschaltstellung) die Schaltspanne erreichen. Das wirkt sich besonders bei höheren Abschaltwerten in vorteilhafter Weise aus. Zusätzlich ist die dadurch ermöglichte Ver­ änderung der Schaltspanne über die Hublänge des Kolbens 14 durch die dadurch gegebene Einstellbarkeit von Vorteil.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, in Nutzfahrzeug- Bremsanlagen die Schaltspanne mit 10% des Abschalt­ wertes zu wählen. Dies hängt wie eingangs erwähnt mit dem erforderlichen Bremsdruck und mit der Einschaltdauer des Luftpressers und der damit zusammenhängenden Er­ wärmung des Luftpressers zusammen. Der Nenndruckbetrag der Schaltspanne wird also mit zunehmendem Abschaltdruck größer. Damit wird grundsätzlich die technische Realisierung günstiger, da für den Umschaltvorgang ein höherer Druck zur Verfügung steht. Dieser Sachverhalt kann bei den bis­ her bekannten Einrichtungen nicht genutzt werden, denn sobald die Schaltspanne durch einen "Flächensprung" er­ zielt wird, steigt auch mit höherem Druck der Anteil der Schaltspanne. Damit ist der Wirkdurchmesser des Regel­ kolbens durch den Flächensprung und durch Reibkräfte be­ stimmt, der bei allen Drücken, d. h. sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Drücken gleich groß ist. Dies führt zu den eingangs beschriebenen Nachteilen.

Im Vergleich dazu ermöglicht die erfindungsgemäße Druck­ regelventileinrichtung die Reibwerte und die Langzeit­ veränderungen der Schaltspanne auf einen kleinsten Wert zu bringen, so daß aus diesem Grund der Wirkdurchmesser des Regelkolbens schon kleiner gewählt werden kann. Zusätzlich weist diese Einrichtung praktisch keinen "Flächensprung" mehr auf. Damit vergrößert sich die funktionsbedingte Schaltspanne nicht mehr proportional mit dem Abschaltdruck. Da die Nennschaltspanne dagegen größer wird, steht bei dieser Einrichtung mit zunehmendem Druck ein größerer verwertbarer Druckbetrag für den Schaltvorgang zur Verfügung. Da die Hysterese über den Druck etwa gleich bleibt, kann der Wirkdurchmesser des Regelkolbens mit steigendem Abschaltdruck verkleinert werden.

Claims (4)

1. Druckregelventileinrichtung zur selbsttätigen Rege­ lung des Betriebsdruckes von Druckluftanlagen, welche aus einem Drucklufterzeuger und aus Druckluft­ verbrauchern besteht, insbesondere in Fahrzeugbrems­ anlagen, die folgende Merkmale umfaßt:

• a) die Druckregelventileinrichtung, bestehend aus einem mit Einlaß- und Auslaßanschlüssen ver­ sehenen Gehäuse, mit einem darin angeordneten Regelkolben, sowie einem Einlaßventil und einem Auslaßventil zur Atmosphäre, ist mit dem verbrau­ cherseitigen Druck betätigbar;
• b) es ist eine unterhalb des Regelkolbens ange­ ordnete erste Kammer vorgesehen, über die der Regelkolben mit dem verbraucherseitigen Druck beaufschlagbar ist;
• c) es ist eine oberhalb des Regelkolbens angeordnete Feder vorgesehen, deren Spannung einstellbar ist, und dem Druck in der ersten Kammer entgegen wirkt;
• d) das Einlaßventil ist durch den Regelkolben betätig­ bar, derart, daß bei druckbeaufschlagtem Regelkol­ ben das Einlaßventil geöffnet ist;
• e) es ist eine zweite Kammer vorgesehen, die über das Einlaßventil mit der ersten Kammer verbindbar ist;
• f) es ist ein die zweite Kammer begrenzender hohl ausgebildeter Kolben vorgesehen, der mit dem Druck der zweiten Kammer beaufschlagbar und in seiner Längsrichtung verschiebbar ist;

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• g) das Auslaßventil (18, 19) besteht aus einem im Hohlraum des Kolbens (14) angeordneten, durch den Kolben (14) gebildeten Ventilsitz (19) und einem durch eine Feder (21) gegen den Ventilsitz (19) gehaltenen Ventilkörper (18);
• h) das Auslaßventil (18, 19) ist durch einen, eine Bohrung der oberen Wand des Kolbens (14) durch­ dringenden und durch den Regelkolben (8) beauf­ schlagbaren Stößel (14) betätigbar;
• i) der Kolben (14) ist mittels einer in seinem Hohl­ raum angeordneten Feder (17) in seiner oberen Lage gegen einen oberen Anschlag (15) des Gehäuses (1) vorgespannt;
• j) die Hubbewegung des Kolbens (14) ist durch den oberen Anschlag (15) und durch einen aus einer Einstellschraube (16) bestehenden unteren Anschlag begrenzt, derart, daß der Hub des Kolbens (14) durch die Einstellschraube (16) veränderbar ist.

2. Druckregelventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verstellbarkeit der Hublänge des Kolbens (14) die Schaltspanne der Druck­ regeleinrichtung veränderbar ist.

3. Druckregelventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (13) über das Auslaßventil (18, 19), den Hohlraum des Kolbens (14) und Bohrungen (16 a) der Einstellschraube (15) mit einem Auslaß (22) zur Atmosphäre verbindbar ist.