DE3343172C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Steuerventil ist aus der DE 24 45 700 A1 be­ kannt. Bei solchen Steuerventilen öffnet sich das Einlaßventil oder öffnen sich die Einlaßventile nie vollständig, so daß an der Auslaßseite nie der volle Eingangsdruck geliefert wird; demgemäß sind die inneren Teile des Steuerventils nur den Ven­ tilstößelkräften unterworfen, die gleich dem Produkt aus dem Höchstdruck und der wirksamen Fläche sind.

Bei Steuerventilen dieser Art, insbesondere bei solchen mit kleinen Lagerflächen, kann der Reaktionskolben infolge von Schmutz, Schleifabfall oder einer schlechten Zentrierung des Ventilstößels blockieren oder sich festsetzen. Bei Bremssteuer­ ventilen, wie z. B. bei konzentrischen Doppelsteuerventilen, wie sie in der GB 14 66 296 beschrieben sind, und in druck­ mittelbetriebenen Bremssystemen, die zwei unabhängige Brems­ kreise aufweisen, kann das Blockieren des Reaktionskolbens ein vollständiges Bremsversagen mit katastrophalen Folgen hervor­ rufen.

In der GB 14 12 338 ist ein Steuerventil gezeigt, bei dem zur Steuerung von Einlaß/Auslaß-Ventilanordnungen im Normalbe­ trieb ein über ein Pedal beaufschlagtes Betätigungsglied, eine unterhalb des Betätigungsglieds sitzende Abstufungsfe­ der und ein oberhalb der Abstufungsfeder angeordneter Reak­ tionskolben dienen. Sofern durch eine entsprechende Betäti­ gung des Bremspedals ein im Vergleich zum Normalbetrieb mit einer stärkeren Verzögerung einhergehender Bremsvorgang an­ gefordert wird, erfolgt die Übertragung der Bremskraft auf die Einlaß/Auslaß-Ventilanordnungen über das Betätigungsglied, die bei diesem Bremsvorgang nur in der Anlaufphase wirkende Abstufungsfeder, die nach dieser Anlaufphase wirkende Tel­ lerfeder, die eine Bewegung des Betätigungsglieds stärker als die Abstufungsfeder auf den Reaktionskolben überträgt, und den Reaktionskolben. Bei einem in Notsituationen erfor­ derlichen abrupten und mit größter Pedalkraft durchgeführten Bremsvorgang wird die Bremskraft vom Betätigungsglied un­ mittelbar über eine mit dem Reaktionskolben einstückige Widerlagereinrichtung auf den Reaktionskolben übertragen, wobei bei einem derartigen Bremsvorgang sowohl die Abstufungs­ feder als auch die Tellerfeder nur während der Anlaufphase des Bremsvorgangs wirken. Bei diesem Steuerventil ist die Betätigungseinrichtung und damit der Reaktionskolben und das Ventilelement der Einlaß/Auslaß-Ventilanordnung weit über den Punkt hinaus bewegbar, in dem das Auslaßventil schließt. Eine Hubbegrenzung für die Betätigungseinrichtung tritt erst dann auf, wenn entweder der Reaktionskolben oder das Ventilelement in irgendeiner Form gegen Teile der Gehäuseinnenwandung an­ schlägt. Eine solche Betriebsweise ist bei dem Steuerventil gemäß GB 14 12 338 unschädlich, da bei diesem Steuerventil auf der Einlaß- und auf der Abgabeseite gleiche Drücke zu­ lässig sind. Bei einem Steuerventil, bei dem der auf der Abgabeseite zulässige Höchstdruck kleiner als der auf der Einlaßseite herrschende Betriebsdruck ist, könnte die vor­ stehend geschilderte Betriebsweise dazu führen, daß das Ein­ laßventil der Einlaß/Auslaß-Ventilanordnung vollständig ge­ öffnet wird, so daß auf der Abgabeseite bzw. in den Brems­ kreisen unzulässig hohe Fluiddrücke auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsge­ mäße Steuerventil so weiterzubilden, daß einerseits auch bei blockierendem oder festsitzendem Reaktionskolben ein vollständiges Versagen der Bremsen vermieden wird und anderer­ seits der auf der Abgabeseite zulässige Höchstdruck, der nie­ driger als der auf der Einlaßseite herrschende Betriebsdruck ist, nicht überschritten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Einstellung des Zeitpunktes, an dem eine unmittelbare An­ lage zwischen dem Betätigungsglied und dem Reaktionskolben hergestellt wird, ist durch das Einsetzen von Beilegscheiben, durch Schraubenverstellung od. dgl. möglich.

Um sicherzustellen, daß die Einlaßventile nie vollständig offen sind, wodurch verhindert wird, daß auf der Abgabeseite der auf der Einlaßseite herrschende Betriebsdruck eingestellt wird, wird der "Durchstoßeffekt" gemäß der Erfindung wirksam, bevor der Führungskolben seinen Anschlag erreicht, aber nur bis zu einem Abstand, der ausreichend ist, um den zum Er­ reichen des Einlaß/Auslaß-Überlappungszustands (d. h. Schlie­ ßen der Auslaßventile) notwendigen Hub zuzulassen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt eines bekannten Steuerven­ tils der genannten Art, genauer ausgedrückt eines konzentrischen Doppelbremsventils,

Fig. 2 eine Einzelheit des in Fig. 1 gezeigten Ventils in einem größeren Maßstab, und

Fig. 3 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 2 jedoch von einem konzentrischen Doppelbremsventil ge­ mäß der Erfindung.

Das in Fig. 1 gezeigte Ventil wird durch ein Fußpedal (nicht gezeigt) betätigt, wie durch den Pfeil A ange­ zeigt ist. In einem abgedichteten Gleitsitz ist in dem oberen Ende des Gehäuses 1 ein Reaktions- oder Ventil­ trägerkolben 10 angeordnet, dessen unteres Ende einen nach innen gerichteten Flansch hat, an dessen Oberseite ein ringförmiger Sitz 12 ausgebildet ist, der durch denTeller eines gummibeschichteten tellerventilartigen Einlaß­ ventilelementes 14 besetzbar ist. Das Ventil­ element 14 hat einen Gleitsitz an einer Buchse 7, die in dem Ventilträgerkolben 10 eingeklemmt ist, um sich mit ihm zu bewegen, wobei eine Abstufungsfeder 16 zwischen dem Trägerkolben 10 und einem Betätigungsglied in Form eines Führungs­ kolbens 17 für die Abstufungsfeder, über den der Druck des Fußpedals auf den Trägerkolben 10 übertragen wird, angeordnet ist. Der Raum 18 oberhalb des ringförmigen Sitzes 12 steht mit einer Einlaßöffnung 20 in der Gehäusewand in Ver­ bindung, während der Raum 22 unter dem Sitz mit einer Abgabe- bzw. Drucköffnung 24 in der Wand in Verbindung steht, wobei diese Öffnungen einem der Bremskreise zugeordnet sind. An dem unteren Ende des Gehäuses befindet sich eine zweite Einlaßventilanordnung mit einem ähnlichen Aufbau, die die Verbindung zwischen einer Einlaß­ öffnung 26 und einer Abgabe- bzw. Drucköffnung 28, die mit dem zweiten Bremskreis verbunden ist, steuert, wobei der Teller des Ventilelements 30 in diesem Fall an einem Sitz 32 am oberen Ende eines Sitzträgers 34 anliegt, der fest ist, indem er vorzugsweise einstückig mit dem Gehäuse aus­ gebildet ist. Das Ventilelement 30 gleitet auf einem rohrförmigen Führungsteil 36, das in dem unteren Teil des Gehäuses befestigt ist.

Zwischen den beiden Ventilanordnungen befindet sich ein koaxial angeordnetes, rohrförmiges Bau­ teil 38, dessen Enden ringförmige Auslaßventil­ elemente 40 bilden und mit den Tellern der Einlaßventile 14, 30 auf einem kleineren Durch­ messer, als dies die Einlaßventilsitze 12, 32 tun, jeweils zusammenwirken. Das Auslaßventilbauteil wird von einem Druckausgleichskolben 42 getragen, der in einer in dem Gehäuse gebildeten Kammer 44 verschiebbar ist, wobei die Räume an den entgegengesetzen Seiten des Kolbens mit den beiden Drucköffnungen 24, 28 jeweils in Verbindung stehen.

Die Bohrungen des Auslaßventilbauteiles 38 und des unteren Einlaßventiles 30 bilden zusammen einen axialen Auslaßdurchgang 46, der dauernd an seinem unteren Ende mit der Umgebung über einen Auslaßwinkel 55 in Verbindung steht.

Normalerweise liegen die Teller der Einlaßventile 14, 30 an ihren Sitzen 12, 32 an, sind aber von den Auslaßventilelementen 40 beabstandet, wodurch die Einlaßöffnungen 20, 26 abgedichtet, die Druck­ öffnungen 24, 28 aber in Verbindung mit dem axialen Auslaßdurchgang sind. Durch Niederdrücken des Fußpedales und die damit verbundene Bewegung des Abstufungsfederführungskolbens 17, der über die Abstufungsfeder 16 wirkt, wird der Trägerkolben 10 und Sitzträger verschoben, wobei er das obere Einlaßventil 14, das durch Federkraft an seinen Sitz 12 gedrückt ist, mitnimmt. Das Einlaßventil 14 greift dann an dem rohrförmigen Auslaßbauteil an und bringt es durch Verschiebung in Eingriff mit dem unteren Einlaßventil 30. Das rohrförmige Auslaßbauteil 38 ist zwischen benachbarten Enden der Ventile 14 und 30 angeordnet und wirkt in Betrieb als Schubglied, das Kräfte zwischen ihnen überträgt. Somit ist der axiale Auslaß­ durchgang von den beiden Drucköffnungen getrennt und bewegt sich, bei fortgesetztem Niederdrücken des Fußpedales, der Sitz 12 am oberen Ende des Gehäuses weg von dem zugehörigen Einlaßventil 14, während an dem unteren Ende des Gehäuses das Einlaßventil 30 von seinem mit ihm zusammen­ wirkenden Sitz 32 durch das verschobene Auslaß­ ventilbauteil wegbewegt wird, wodurch beide Einlaß­ öffnungen mit ihren jeweiligen Druck- bzw. Aus­ gabeöffnungen verbunden werden und Druckluft zu den Bremsen geführt wird.

Im Betrieb des Ventils tritt eine Auslaßdrossel 48, die an dem Abstufungsfederführungskolben 17 durch eine Schraubengewindeeinrichtung 49 ange­ bracht ist, in den Auslaßdurchgang 46 in dem Druckausgleichskolben 42 ein. Der Abstand zwischen dem äußeren Durchmesser der Auslaßdrosse1 48 und der Bohrung des Auslaßdurchganges 46 ist in der Größenordnung von 0,254 mm, das eine Drosselung (des Fluidstromes durch den Auslaßdurchgang) an­ nähernd wie eine Blende mit einem Durchmesser von 3 mm bewirkt. Durch eine weitere Bewegung nach unten werden das erste und das zweite Einlaß­ ventil 14, 36 gleichzeitig geöffnet und die Aus­ gangsöffnungen unter Druck gesetzt. Bei zunehmendem Hub dringt die Auslaßdrossel 48 tiefer in den Auslaßkanal 46 des Druckausgleichskolbens ein, so daß infolge von Strömungsverlusten der Wider­ stand für den Auslaßstrom bei der Freigabe der Bremsen mit zunehmender Eindringtiefe größer wird.

Dieser Widerstand für den Auslaßstrom von der Druck­ öffnung 24 erhöht den Druck oberhalb des Druck­ ausgleichskolbens 42, der so eine entsprechende Begrenzung des Auslaßstromes von der Drucköffnung 28 bewirkt.

Bei einer teilweisen Wegnahme der Eingangs­ last werden die Einlaßventile auf ihrem Sitz sein und sich die Auslaßventile öffnen, wobei sie die erforderliche Menge an Luft freigeben. Jedoch hängt nun die für die Freigabe erforderliche Zeit von der verfügbaren Freigabeöffnung und davon ab, wie weit die Drossel in den Außlaßdurchgang 46 eingedrungen ist. Die Größe und Form des Drossel­ tauchkolbens kann variiert werden (um das Spiel und die Eindringtiefe einzustellen), um eine erforderliche Freigabecharakteristik zu erhalten. Es sollte festgehalten werden, daß bei einer Zu­ nahme des Ausgabedruckes der Grad der Drosselung (d. h. der Strömungswiderstand) an dem Auslaß­ strom entsprechend erhöht wird.

Die Drosselung erzeugt eine Verzögerung beim Ansprechen der Fahrzeugbremsen auf eine Verminderung der Pedallast, so daß eine schwingende Rückwirkung (feedback), die beispielsweise durch "Fahrerhaus­ nicken" bei großen Nutzfahrzeugen entsteht, weit­ gehend verhindert wird. Keine Drosselung des Auslaßstromes gibt es, wenn das Bremspedal voll­ ständig freigegeben ist.

Wie oben beschrieben, bewegt sich bei niedergedrücktem Bremspedal der Reaktions- oder Ventilträgerkolben 10, auf den die Pedalkraft über die Abstufungs­ feder 16 übertragen wird, nach unten, bis die Einlaß/Auslaßventilanordnungen 16 und 18 einen Überlappungszustand herstellen, um den Brems­ kammern über die Öffnungen 24 und 28 einen Druck entsprechend dem Bedarf (d. h. der Pedalkraft) zuzuführen.

Der maximale Hub, der durch den Pedalanschlag 50 bestimmt wird, wird durch Einsetzen von Beileg­ scheiben oder durch eine sonstige Einstellung der Lage des Pedalanschlages voreingestellt, so daß das Ventil beim maximalen Hub (wie in Fig. 2 gezeigt ist) einen begrenzten Höchstdruck (z. B. 8 bar) unter dem Systemdruck (z. B. 11 bar) liefert.

Sollte der Ventilträgerkolben 10 infolge von Schmutz, Schleifabfall oder einer schlechten Zentrierung des Ventilstößels festsitzen, wird er sich bei einer Pedalkraftzufuhr nicht nach unten bewegen, mit der Folge, daß die Einlaß/Aus­ laßventilüberlappungsstellung nicht erreicht wird, in der Tat keine der Einlaß/Auslaßventil­ anordnungen werden betätigt, mit der Folge, daß die Bremsen nicht betätigt werden können.

Bei dem Ventil gemäß der Erfindung, wie darge­ stellt in Fig. 3, ist eine Widerlagereinrich­ tung vorgesehen, derart, daß, wenn der Ventil­ trägerkolben 10 festsitzen sollte, kann eine maximale Eingangskraft von bis zu 11120,5 N (2500 lbf) aufgebracht werden, um den Ventil­ trägerkolben zu lösen oder zu bewegen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind Bei­ legscheiben 52 zwischen der Federführung 54 an dem Ventilträgerkolben 10 und dem Federführungs­ kolben 17 eingelegt, derart, daß ein Durchstoßen zwischen dem Federführungskolben 17 und dem Ventilträgerkolben 10 bei einer Eingangskraft von z. B. 2224,1 N (500 lbf) auftritt, die die zum Erzeugen des gewünschten Ausgangsdruckes im Normalbetrieb erforderliche Kraft leicht übersteigt.

Im Zeitpunkt, in dem der "Durchstoß" eintritt, ist daher der Federführungskolben 17 von dem Pedalanschlag um eine Strecke entfernt, die gleich dem Hub ist, der erforderlich ist, um die Ver­ bindung zwischen den Drucköffnungen 24 und 28 und dem Auslaß zu schließen, d. h. um den Einlaß/Auslaßüberlappungszustand zu erreichen, so daß der gewünschte Ausgabehöchstdruck erzielt werden kann.

Wenn der Durchstoßkontakt vor dieser Stellung, d. h. bei einer Eingangskraft von weniger als (1245,5 N (280 lbf)) derjenigen, die zum Erzielen des Ausgabehöchstdruckes im Normalbetrieb er­ forderlich ist, hergestellt war, würde der beim "Durchstoßen" verfügbare Hub denjenigen über­ treffen, der notwendig ist, um den Auslaß zu schließen, mit der Folge, daß das Einlaßventil sich öffnen würde, um den vollen Systemdruck zu liefern.

Der Durchstoßkontakt wird nur hergestellt, wenn der Ventllträgerkolben 10 an irgendeiner Stelle auf seinem Weg zu dem Einlaß/Auslaßüberlappungs­ zustand festsitzt und nur wenn die Abstufungs­ feder 16 an dieser Stelle nicht in der Lage ist, den Kolben zu bewegen.

Wenn der Kolben 10 gelöst ist, wird das Ventil die in Fig. 2 gezeigte Stellung einnehmen und den begrenzten Höchstdruck (von beispielsweise 8 bar) auf dieselbe Art und Weise wie ein her­ kömmliches Ventil liefern.

Claims (7)

1. Steuerventil, bei dem der zulässige Druck auf der Abgabe­ seite (24, 28) niedriger ist als der Druck auf der Einlaß­ seite (20, 26), mit zumindest einer Einlaß/Auslaßventil­ anordnung (12, 14, 40; 32, 30, 40), einem Betätigungsglied (17), auf das die Eingangskraft aufgegeben wird, und einer Abstufungsfeder (16), mittels der die Eingangskraft vom Betätigungsglied (17) auf einen Reaktionskolben (10) über­ tragbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungs­ glied (17) gegen die Kraft der Abstufungsfeder (16) in unmittelbare Anlage an den Reaktionskolben (10) bringbar ist, so daß der Reaktionskolben (10) unmittelbar durch das Betätigungsglied (17) bewegbar ist, und daß der Hub des Betätigungsglieds (17) durch einen Anschlag (50) be­ grenzt ist, der so angeordnet ist, daß der Reaktionskolben (10) unmittelbar, d. h. unter Ausschaltung der Abstufungs­ feder (16), durch das Betätigungsglied (17) nur bis in eine Stellung bringbar ist, in der die Einlaß/Auslaßven­ tilanordnung (12, 14, 40; 32, 30 40) geschlossen ist, wo­ bei die Öffnung der Einlaß/Auslaßventilanordnung (12, 14, 40; 32, 30, 40) zur Abgabe des Bremsdrucks an der Abgabeseite (24, 28) jeweils durch eine durch die Abstufungsfeder (16) auf den Reaktionskolben (10) übertragene Bewegung erfolgt.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, bei dem die Abstufungs­ feder (16) so ausgelegt ist, daß die unmittelbare Anlage bzw. ein Durchstoßen zwischen Betätigungsglied (17) und Reaktionskolben (10) herstellbar ist, wenn die auf das Betätigungsglied (17) aufgegebene Eingangskraft einen vor­ gebbaren Wert erreicht, der im Normalbetrieb erforderlich ist, um den Höchstdruck zu erzielen.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, bei dem eine Widerlager­ einrichtung (52) vorgesehen ist, mittels der das Durch­ stoßen zwischen dem Betätigungsglied (17) und dem Reaktions­ kolben (10) erreichbar ist, wenn die Belastung der Abstu­ fungsfeder (16) den vorgebbaren Wert übersteigt.

4. Steuerventil nach Anspruch 3, bei dem die Widerlagerein­ richtung (52) einstellbar ist.

5. Steuerventil nach Anspruch 3 oder 4, bei dem als Wider­ lagereinrichtung eine Beilegscheibe oder Beilegscheiben (52) dient bzw. dienen, die zwischen dem Betätigungsglied (17) und dem Reaktionskolben (10) angeordnet sind.

6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 3-5, bei dem mit­ tels der Widerlagereinrichtung (52) das Durchstoßen erziel­ bar ist, wenn das Betätigungsglied (17) vom Anschlag (50) einen Abstand hat, der gleich dem zur Betätigung der Einlaß/Aus­ laß-Ventilanordnung (12, 14, 40; 32, 30, 40) notwendigen Reaktionskolbenhub ist.

7. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1-6, welches als konzentrisches Doppelbremsventil zum Steuern des Fluiddrucks in einem ersten und einem zweiten Bremskreis ausgebildet ist, wobei für jeden Bremskreis eine Einlaß/Auslaß-Ventilanordnung (12, 14, 40; 32, 30, 40) vorgesehen ist, die durch das Be­ tätigungsglied (17) betätigbar ist, um Druckfluid zu einer Auslaßöffnung (24; 28) zum Betätigen der Bremsen strömen zu lassen und um Druckfluid vom Bremskreis zum Auslaß freizu­ geben, und wobei das Steuerventil einen Druckausgleichskol­ ben (42) hat, der auf den Differenzdruck zwischen den beiden Bremskreisen anspricht, um den Druck in den beiden Bremskrei­ sen auszugleichen.