DE3441048A1 - Bremsventil mit stufenlos veraenderbarer druckuebersetzung - Google Patents
Bremsventil mit stufenlos veraenderbarer druckuebersetzungInfo
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Description
r\ Γ* Q Dipl.-Ing. H.Tiedtke
HeLLMANN - CIRAMS - OTRUIF Dipl.-Chem.G.Bühling
Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams
3441048 -4- Dipl.-Chem. Dr. B. Struif
Bavariaring 4, Postfach 20240! 8000 München 2
Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent München
9. November 1984 DE 4190
Mannesmann Rexroth GmbH
8770 Lohr
Bremsventil mit stufenlos veränderbarer Druckübersetzung
Bremsventil mit stufenlos veränderbarer Druckübersetzung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Bremsventil gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1
Bei Gespannen bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem oder mehreren Anhängerfahrzeugen müssen die Bremsanlagen der Fahrzeuge
so aufeinander abgestimmt sein, daß zwischen den einzelnen Fahrzeugen keine wesentlichen Deichselkräfte entstehen.
Darüberhinaus ist zur Kopplung der einzelnen Fahrzeuge unterschiedlicher
Fabrikate die Normung getroffen, daß ein an einer Hydraulikkupplung anliegender Bremsdruck von 100 bar eine Abbremsung
des Fahrzeugs von 30% bewirkt.
Für diese Problemstellung sind Bremsventile bekannt, bei denen
ein Regelkolben und ein Meßkolben in einer Bohrung hintereinander
so angeordnet sind, daß sich ihre Stirnflächen berühren Die andere Stirnfläche des Regelkolbens ist von einem Eingangsdruck aus einem Bremspedal des Zugfahrzeugs beaufschlagt, während
an derjenigen des Meßkolbens der sich bei einer Betätigung aufbauende Druck an der Anhängerbremse anliegt. Beim Anlegen
des Eingangsdrucks an den Regelkolben werden die beiden
-δ-Kolben solange verschoben und geben dadurch eine Verbindung
zwischen, der Bremse des Anhängers und einer unter Druck stehenden Hydraulikfluidquelle frei, bis Gleichgewicht
herrscht. Da der Druck an der Bremse des Anhängers proportional zum Eingangsdruck des Zugfahrzeugs
sein soll, muß das Druckverhältnis proportional zum Flächenverhältnis sein. Zur Änderung dieses Druckverhältnisses
muß der Durchmesser des Geberkolbens verändert werden, was aufwendig ist. Zudem ist das Schluckvolumen
des Geberkolbens unerwünscht vom eingestellten Übersetzungsverhältnis abhängig, da es eine Funktion des
Durchmessers des Geberkolbens ist. Um das Schluckvolumen und somit die aus dieser Abhängigkeit resultierenden
unerwünschten Wirkungen gering zu halten, muß der Hub und Durchmesser des Regelkolbens klein dimensioniert
sein.
Dies führt zu einem hohen Fertigungsaufwand bzw. zu hohen Leckagewerten aufgrund einer geringen Überdeckung
zwischen den Steuerkanten im Gehäuse und der Regelkolbenumfangsfläche bei der Auf- und Zusteuerung der jeweiligen
Kanäle.
Aus der DE-OS 29 38 978 ist ein Bremsventil zur Steue- ·
rung des Bremsdrucks an einem Anhänger bekannt, dessen Bremse mit dem Druck eines Speichers beaufschlagt wird,
wobei diese Drucksteuerung, d. h. der Druckaufbau oder -abbau über einen Regelkolben erfolgt, dessen eine
Stirnfläche neben einer Feder vom jeweiligen rückgeführ-„Q
ten Bremsdruck beaufschlagt ist. Parallel zum Regelkolben ist ein Servokolben angeordnet, der an einer Stirnfläche
mit einem Geberdruck von einem Bremspedal belastet wird und diesen Druck in Form einer Kraft auf den einen
Hebelarm eines zweiarmigen Hebels als Waagebalken weiterleitet, dessen
anderer Hebelarm die Kraft in entsprechender übersetzung
an die andere Seite des Regelkolbens anlegt. Hierdurch
stellt sich zu jedem Geberdruck ein entsprechender, dem Hebelverhältnis proportional Bremsdruck am Anhänger ein.
Der Waagebalken wird bei dieser Anordnung mit der vollen Höhe des Geberdrucks beaufschlagt. Diese kann bei Panikbremsungen
das vier- bis fünffache des normalen Werts annehmen.
Der Waagebalken muß daher festigkeitsmäßig für
diese selten auftretenden Maximalbeanspruchungen ausgelegt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bremsventil
zu schaffen, dessen Druckverhältnis über einen Waagebalken
stufenlos verstellbar ist, wobei der Waagebalken festigkeitsmäßig nur für die Betriebswerte im Normalzustand
dimensioniert sein muß. Ferner soll eine Feststell-■ bremsung möglich sein, .die stufenlos einstellbar ist und
ohne Funktionsbeeinflussung des Regelkolbens zur Vermeidung
einer großen Regelhysterese ausgelöst werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im
Kennzeichen des Patentanspruchs gelöst.
Da der Regelkolben vom Geberdruck beaufschlagt ist und durch den Anschlag im Hub begrenzt ist, nimmt der Anschlag
bei Anlage des Regelkolbens aufgrund hoher Geberdrücke die daraus resultierenden Kräfte, die die durch
das Hebelverhältnis übersetzte Kraft aus dem am Meßkolben
anliegenden Bremsdruck übersteigen, auf, so daß der Waagebalken von diesen Kräften aus nicht normalen Bremsvorgängen
entlastet ist und nur so dimensioniert sein muß, daß er das dem maximalen Bremsdruck entsprechende Moment
aufnehmen kann.
35
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WeiterbiLdungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .
° Durch den eigens für eine FeststeLLbremsung vorgesehenen
FeststeLLbremskoLben wird der RegeLkoLben von dieser Aufgabe
befreit, so daß er einzig für die Funktionsweise
eines Bremsbetriebs über den Geberdruck ausgebiLdet werden
kann, wodurch es mögLich ist, eine große ReibungsbeaufschLagung
am RegeLkoLben und somit eine hohe Regelhysterese zu vermeiden. Der FeststeLLbremskoLben seinerseits
braucht nur für seine Funktion zur Auslösung der
FeststeLLbremse ausgebiLdet sein, so daß er in konstruktiv einfacher Ausführung mit der VersteLLvorrichtung gekoppeLt
sein kann, die ihrerseits durch ihre aLLeinige KoppLung mit dem FeststeLLbremskoLben eine einfache stufenLose VersteLLung
des Feststellbremsdrucks zuLäßt.· Durch die koaxiaLe
Anordnung der KoLben ist die AusbiLdung von teilweise gemeinsamen FLuidwegen für die beiden unterschied-Liehen
Funktionen - Festste LLbremsung und Bremsung über den Geberdruck - möglich,.so daß der Aufbau des gesamten
Bremsventils kompakt ist. Die KoppLung der VersteL Ivor- '
richtung für den FeststeLLbremskoLben mit einer manuell
betätigbaren Zugstange ermöglicht beispielsweise zum Ankoppeln
von Anhängern, wofür eine druckLose Hydraulikkupplung vonnöten ist, den kurzzeitigen Abbau des in der
Bremsleitung herrschenden Drucks·, der sich beim Freigeben der Zugstange automatisch wieder auf den zuvor eingestellten
Druck aufbaut.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend
anhand schemati scher Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße
Bremsvent i L, und
Figur 2 eine Draufsicht auf das Bremsventil gemäß Figur
1.
In Figur 1 ist das Bremsventil in zwei Betriebsstellungen
dargestellt, in denen seine Kolben ihre beiden Ext reinste I Lungen einnehmen, wobei die Kolben zeichnerisch
*O entlang ihrer Mittellinie geteilt und für diese beiden
Stellungen versetzt gezeichnet sind (bei der Figurenbeschreibung
beziehen sich die Angaben "unten,oben,links,rechts"
auf Figur 1). Die unterhalb der Mittellinie dargestellte
Stellung soll nachfolgend als'Stellung A" und diejenige oberhalb der Mittellinie als "Stellung B" bezeichnet sein.
In einem Gehäuse 1 sind zwei parallele Bohrungen ausgebildet,
von denen die eine einen Regelkolben 2 aufnimmt, der auf seiner einen Stirnfläche über einen Anschluß G
■ vom Geberdruck eines Bremspedals beaufschlagt und hinter
dieser Stirnfläche abgedichtet ist. In der anderen Bohrung
sind ein Meßkolben 3 und ein Feststellbremskolben
4 gleitend eingesetzt, die durch eine Regelfeder 5, die
in' Hohlräumen der beiden Kolben aufgenommen ist, auseinan-'
der gedruckt werden. Der Hohlraum im Feststellbremskolben
•erstreckt sich über dessen gesamte Länge und nimmt in seinem einen Endbereich ohne Abdichtung einen Druckübersetzerkolben
6 einer Feststellbremse auf, so daß auf beiden Stirnflächen des Feststellbrems kolbens ständig der
gleiche Druck herrscht und dieser somit druckausgeglichen
30
ist.
Der Druckübersetzerkolben 6 ist in einer in der Bohrung
abgedichtet festsitzenden Buchse 7 dichtend geführt und
fest mit einem Federteller 8 verbunden, der zusammen mit 35
miteiner Feder 8a in einer Innenbohrung eines Exzenterkolbens
9 aufgenommen ist, der in einer Erweiterung der oben
— Οχ liegenden Bohrung im Gehäuse gleitend und abgedichtet
eingesetzt ist. Der Exzenterkolben hat eine Ringnut 10,
in die ein Zapfen 11 einer Exzenterwelle 12 (Figur 2)
eingreift, so daß durch deren Drehung der Exzenterkolben
verschoben werden kann. Der Federteller 8 ist ferner fest
mit einer Zugstange 13 verbunden, die zur Betätigung durch
den Exzenterkolben 9 hindurch aus dem Gehäuse 1 ragt.
Die anderen Enden des Regelkolbens 2 und des Meßkolbens 3 IQ liegen an den Enden.eines Waagebalkens 14 an und beaufschlagen
diesen in der Art eines zweiarmigen Hebels/ dessen
Drehpunkt durch die Anlage an eine Rolle in der- Form
eines Kugellagers 15 gegeben ist. Das Kugellager ist durch einen geeigneten Mechanismus über eine Schraube 16 entlang
(in Figur 1 in vertikaler Richtung) des Waagebalkens verstellbar, wodurch dessen Hebe I verhä I tnis in Bezug auf
die Angriffspunkte des Meßkolbens und des Regelkolbens stufenlos veränderbar ist. Die beiden Extremstellungen
des Waagebalkens sind einerseits durch einen Anschlag 17 und andererseits durch den an einem Stopfendes Anschlusses
G anliegenden Regelkolben (Stellung A) bestimmt, wobei der Anschlag in der Kraftwirkungsachse des Regelkolbens vorgesehen ist,
so daß der Waagebalken durch Anlagekräfte nicht auf Biegung beansprucht ist.
Die beiden Bohrungen im Gehäuse 1 sind durch vier im wesentlichen
parallel zueinander verlaufende Kanäle 20 bis 23 verbunden, die über die Kolben auf und zu steuerbar·
bzw. miteinander verbindbar sind. Zu diesem Zweck haben die Bohrungen im Gehäuse je zwei Steuer kanten, die mit
T und S bzw. T1 und S' bezeichnet sind. Der Kanal 20 hat
einen Anschluß AB für eine zu einer Bremse führenden Druckleitung, der Kanal 21 hat einen Anschluß AS für beispielsweise
einen mit Hydrauli kfluid gefüllten unter Druck stehenden Speicher oder eine Pumpe zur Versorgung
der Bremse mit Arbeitshydrau I ikf luid, und der Kanal 24
hat einen Anschluß AT für eine zu einem drucklosen Tank führende Leitung, in der HydrauIikfluid als Vorrat aufgenommen
ist.
Die Funktionsweise des BremsventiLs wird im folgenden
erläutert:
Ausgehend von der Stellung A wird der Regelkolben 2 mit
dem Geberdruck des Anschlusses G beaufschlagt und dadurch nach links in der Figur 1 bewegt, wobei zunächst
die über die Steuerkante T und eine Kerbe 2a im Absatz des Regelkolbens erstellte Verbindung zwischem dem Kanal
22 und dem Tank unterbrochen und unmittelbar daran anschließend durch die Steuerkante S und eine Kerbe 2b in
einem weiteren Absatz des Regelkolbens die Bremse mit
dem Speicher verbunden wird (Stellung B) und somit für
einen Bremsvorgang angelegt wird. Der sich in der Bremse aufbauende Druck wirkt auf die Stirnfläche des Meßkolbens
3 und bewegt diesen bei Erreichen eines dem Geberdruck proportionalen Wertes nach links, wodurch der Regelkolben
über den Waagebalken 14 in eine Mittelstellung gebracht
wird, in der sowohl der Kanal 20 vom Kanal 21 als auch der
Kanal 22 vom Kanal 23 getrennt ist.
Diese Stellung, in der- die Steuerkanten T und S verschlossen
sind, wird als positive überdeckung bezeichnet. Die Proportionalität zwischen dem Geberdruck und dem Bremsdruck
ist durch den Waagebalken bzw. das Kräf t-eg lei chge-25
wicht an diesem und somit dessen Hebelverhältnis gegeben.
Da dieses Hebelverhältnis über die Verschiebung des Kugel-.
lagers 15 stufenlos veränderbar ist, kann auch die Proportionalität
zwischen Geberdruck und Bremsdruck stufenlos variiert werden, wodurch bei gleichem Geberdruck ver-30
schiedene Bremsdrücke einstellbar sind. Bei einer Rücknahme
der Bremsbetätigung und somit Abnahme des Geberdrucks verschiebt der Bremsdruck den Meßkolben vollständig
nach links und dadurch den Regelkolben nach rechts
(Stellung A), wodurch die Bremse, die über den Hohlraum
des Feststellbremskolben 4, dessen Querbohrung 18 und die
Steuerkante T1 mit dem Kanal 22 in Verbindung steht, über
dessen durch den Regelkolben mit dem Tank erstellte Verbindung in diesen entlastet wird, so daß die Bremswirkung
aufgehoben ist. Bei dieser Funktionsweise "Bremsung
über den Geberdruck" bleibt der Feststellbremskolben unbewegt
und somit ständig in seiner rechten Position (Stellung A). Er dient hierbei jedoch zur Erstellung der
zur Entlastung der Bremse erforderlichen Fluidwege, d.h.
der jeweils im Kanal 20 herrschende Druck pflanzt sich über den Feststellbremskolben in den Kanal 22 fort.
Bei der Betätigung der Feststellbremse beispielsweise
eines Gespanns aus Traktor und Anhänger, mit der dieses im Stillstand gesichert wird, wird die Exzenterwelle 12
verdreht und dadurch der Exzenterkolben 9 verschoben.
Da hierbei am Anschluß G kein Druck anliegt, verbleibt
20
der Regelkolben 2 stets in Anlage an dem Stopfen des Anschlusses. Ausgehend von der Stellung A wird somit der
Exzenterkolben nach links verschoben, wodurch sich der Federteller 8 durch die Kraft der Feder zusammen mit dem
Druckübersetzerkolben nach links bewegt und dadurch den
Feststellbremskolben ebenfalls in diese Richtung verschiebt.
Hierdurch wird zunächst der Kanal 22 von der Querbohrung 18 über die Steuerkante T1 getrennt, wodurch
die über den Regelkolben bestehende Tankverbindung unterbrochen
ist. Daran anschließend öffnet sich die Querboh-
rung über die Steuerkante S' in den Kanal 21, so daß über die Hohlräume im Meßkolben 3 und Feststellbremskolben 4
die Bremse mit dem Speicher verbunden und angelegt wird.
Der sich aufbauende Bremsdruck wirkt auf die Stirnfläche des Druckübersetzerkolbens 6 und verschiebt diesen somit
gegen die Feder 8a, wobei der Feststellbremskolben, der
aufgrund der allseitigen Fluidausbreitung keine Kraftwirkung
durch das Hydraulikfluid erfährt, in Folge der
Kraft der Regelfeder 5 dieser Bewegung folgt, bis Gleichgewicht vorhanden ist. Da die Vorspannung der Feder 8a vom
Verdrehwinkel der Exzenterwelle 12 bestimmt ist, wird ein
zu diesem Verdrehwinkel proportionaler Bremsdruck eingesteuert,
da bei Erreichen des Gleichgewichtszustands die Verbindung zwischen Bremse und Speicher über die
Steuerkante S1 wieder aufgehoben ist. Das Lösen der Bremse
erfolgt durch eine Rückdrehung der Exzenterwelle, wodurch
die Vorspannung der Feder 8a verringert wird, so daß der anliegende Bremsdruck den Druckübersetzerkolben nach
rechts verschieben kann und ein Nachfolgen des Feststellbremskolbens
- getrieben über die Regelfeder 5 - ermöglicht. Dadurch wird die Bremse wieder mit dem Kanal 22
verbunden, der über den Regelkolben 2 mit dem Tank in
Verbindung steht, so daß der Druckabbau zum Lösen der Bremse stattfindet.
Beim Ankuppeln eines Anhängers muß, wenn die Feststellbremse betätigt ist, die Bremskupplung in der Verbindungsleitung
zwischen Fahrzeug und Anhänger drucklos gemacht werden können. Dies erfolgt durch ein Herausziehen
der Zugstange 13,mit der sich der Druckübersetzerkolben gegen die Kraft der Feder 8a nach rechts bewegt und dadurch ein Nachfolgen des Fest-
^ stellbremskolbens ermöglicht, so daß wie bei der Rückdrehung
der Exzenterwelle der Bremsdruck über die Leitung
22 abgebaut wird und die Kupplung somit drucklos ist. Nach dem Ankuppeln des Anhängers wird die Zugstange wieder
losgelassen, so daß sich der Feststetlbremskolben durch
die Kraft der Feder 8a wieder nach links bewegt und hierbei die Steuerkante S1 über seine Querbohrung 18 öffnet, wodurch
der Speicher die Bremse wieder mit HydrauLikfLuid versorgen
kann und somit auch der Anhänger eingebremst wird.
Der sich aufbauende Druck verschiebt den Feststellbremskolben
wieder nach rechts bis zur Herstellung des Gleichgewichts bei unterbrochenem Speicheranschluß. Da die
Exzenterwelle beim Ankuppeln nicht verdreht wurde, stellt
sich der gleiche Bremsdruck wie zuvor ein.
Offenbart ist ein Bremsventil mit stufenloser Veränderbarkeit
des Verhältnisses zwischen einem Geberdruck und
einem Bremsdruck, wobei ein Regelkolben vorgesehen ist,
der vom Geberdruck beaufschlagt ist und durch seine Verschiebung Verbindungskanäle zwischen einem Speicher mit
Hydraulikfluid und einer Bremse sowie zwischen dieser und
einem Tank schließt bzw. öffnet. Der Regelkolben wirkt über einen Waagebalken mit einem Meßkolben zusammen, der
den jeweiligen Bremsdruck erfaßt und durch das über den Waagebalken bestimmte Hebelverhältnis auf den Regelkolben
zurückführt. In der Kraftwirkungsachse des Regelkolbens
ist ein Anschlag vorgesehen, der dessen Hub begrenzt, wodurch eine Belastung des Waagebalkens mit abnorm hohen
Kräften, die beispielsweise bei Panikbremsungen auftreten,
verhindert ist.
Claims (9)
- TeDTKE - BüHLING - KlKNE ' GeRUI'E !SSTSSS«
- Λ* O Dipl.-lng. H. Tiedtke f
- * CIRAMS - OTRUIF Dfpl.-Chem. G. Bühling
- Dipl.-lng. R. Kinne Dipl.-lng. R Grupe
- 4 4 I U 4 O Dipl.-lng. B. Pellmann
- Dipl.-lng. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif
- Bavaria ring 4, Postfach 20 8000 München 2
- Tel.: 089-5396 53 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Münch
- 9. November 1984 DE 4190Patentansprüche1.BremsventiL mit stufenlos verstellbarer übersetzung zwischen einem Geberdruck von einem Bremspedal und einem Bremsdruck für eine Bremsvorrichtung, die durch einen Waageb-alken mit entsprechend änderbarem Hebelverhältnis bewirkt ist, auf den einerseits die Kraft eines Regelkolbens und andererseits eines hierzu parallelen Kolbens wirkt, wobei der Regelkolben Verbindungen zwischen einer Druckquelle für Hydrau I ikf luid bzw. einem drucklosen .Tank und der Bremsvorrichtung auf und' zu steuert, d<adurch gekennzeichnet, daß der Regelkolben (2) vom Geberdruck beaufschlagt wird, während der dazu parallele Kolben als Meßkolben (3) dem jeweiligen Bremsdruck unterliegt, und daß ein Anschlag (17) vorgesehen ist, der den Hub des Regelkolbens in der Kraftrichtung des Geberdrucks beschränkt.2.Bremsventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Feststellbremskolben (4), der in Abhängigkeit von seiner durch eine Verstellvorrichtung für eine Feststellbremse bestimmten Lage die Verbindungen zwischen der Druckquelle (AS) bzw. dem Tank (AT) und der Bremsvorrichtung (AB) auf- und zusteuert.F/28Dresdner Bank (München) Kto 3939844 Deutsche Bank (München) Kto 2861060 Postscheckamt (Mimchoni km rt\ « on/3. Bremsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung einen den Feststellbremskolben (4) beaufschlagenden Druckübersetzerkolben (6) umfaßt, der seinerseits der Kraftwirkung einer Feder (8a) unterliegt, und daß der Feststellbremskolben entgegengesetzt hierzu von einer Regelfeder (5) beaufschlagt ist, so daß er ständig in Anlage an den Druckübersetzerkolben gehalten ist.4. Bremsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der den Druckübersetzerkolben (6) beaufschlagenden Feder (8a) einstellbar ist.5. Bremsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Vorspannung über eine manuell betätigbare Exzenterwelle (9) erfolgt.6. Bremsventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckübersetzerkolben (6) ferner dem jeweiI igen Druck an der Bremsvorrichtung (AB) unterliegt und dadurch eine durch die Vorspannung der Feder (8a) bestimmte Gleichgewichtslage einnimmt, in der der FeststeLIbremskoIben die Verbindung zwischen Druckquelle bzw. Tank und Bremsvorrichtung unterbricht, so daß der an dieser anliegende Druck proportional zur Vorspannung der Feder eingestellt ist.7. Bremsventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckübersetzerkolben (6) starr mit einer Zugstange (13) verbunden ist, bei deren Betätigung der Feststellbremskolben (4) seine Lage so verändert, daß er die Bremsvorrichtung mit dem Tank verbindet, und daß bei Freigabe der Zugstange der Feststellbremskolben über seine Beaufschlagung wieder die zuvor eingenommene, durch den Druckübersetzerkolben bestimmte Gleichgewichtslage einnimmt, so daß an der Bremsvorrichtung1015202530-3-wieder der durch die Vorspannung der Feder (8a) festgelegte Druck anliegt.8. Bremsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststellbremskolben (4) und der DruckubersetzerkoLben (6) koaxial mit dem Heßkolben (3) angeordnet sind, wobei das andere Ende der Regelfeder (5) an dem Heßkolben anliegt.35
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