DE3607299C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckregler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Druckregler dieser Art dienen zum Beispiel in Pneumatiksystemen von Fahrzeugen zur Aufrechter­ haltung des Drucks in pneumatischen Bremsanlagen innerhalb vor­ gegebener Grenzen, zu ihrer Sicherheit gegen übermäßigen Druck­ anstieg und zum Schutz gegen Verunreinigung mit Möglichkeit der Druckluftentnahme, beispielsweise zum Aufpumpen der Reifen. Die Erfindung ist am besten geeignet zur Anwendung bei Druck­ reglern, die bei ihrer Arbeit eine periodische Entlastung des Verdichters und die Aufrechterhaltung des Drucks in vorgegebenen Grenzen mit bestimmter Genauigkeit sowie eine Erhöhung der Betriebszeit desselben bewirken sollen.

Ein Druckregler der oberbegrifflich vorausgesetzten Bauart ist aus der DE-OS 26 19 061 bekannt. Bei diesem ist das gummiela­ stische ringförmige Element des Zweiwege-Regelventils eine Manschette, welche durch eine elastische Verformung die Um­ schaltung bewirkt. Diese Manschette ist fest mit der Regelstange verbunden, nämlich mittels einer Wurmfeder, und die not­ wendigen Verformungen müssen durch axiale Stauchung bewirkt werden, wozu die Manschette einen Faltenbalgabschnitt aufweisen kann. Die bekannte Ausbildung ist konstruktiv ziemlich kompliziert, weil zur Zusammenwirkung mit der Manschette in der einen Schalt­ stellung ein Pilzkörper notwendig ist, der von Speichen im Axialkanal der Regelstange gehalten wird. Außerdem ist, sofern die Manschette keinen Faltenbalgabschnitt aufweist, eine sie beaufschlagende Feder notwendig. In beiden Fällen ist einiger konstruktiver Aufwand erforderlich.

Hinzu kommt, daß die genannte Feder, bzw. die Federwirkung des Faltenbalgabschnittes der Manschette der Druckeinstellfeder entgegenwirkt, was die Empfindlichkeit und die Präzision des Ansprechverhaltens des bekannten Druckreglers in Frage stellen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demnach die Schaffung eines Druckreglers des gattungsgemäßen Wirkungsprinzips, bei dem die Ausbildung des Zweiwege-Regelventils zu einer Vereinfachung der Konstruktion und zu einem präziseren Ansprechen bei höherer Empfindlichkeit führt.

Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Bei dieser erfindungsgemäßen Aus­ bildung wirkt der torodiale O-Ring durch seine Zusammenwirkung mit der Ringeindrehung der Regelstange und der Sitzfläche da­ durch als Zweiwegeventil, daß er sich bei den Bewegungen der Regelstange um deren obere Ringeindrehungskante und dabei gleich­ zeitig in sich selbst abwälzt. Dadurch kommt es zu einem präzisen Ansprechen des Druckreglers, das auch weitgehend unabhängig von einer eventuellen Änderung der elastischen Eigenschaften der Gummielemente ist. Außerdem ergibt sich eine einfache Konstruktion sowohl des Regelventils selbst als auch des Druckreglers.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben. Bei Beachtung der Bemessungsvorschrift gemäß Anspruch 2 wird eine stabile Lage des torusförmigen Rings in der Ringeindrehung und ein zuverlässiger Übergang in seine abgehobene Lage gewährleistet, in welcher er zweckmäßigerweise gemäß Anspruch 3 zur Anlage an einem Begrenzerflausch der Regelstange kommt.

Bei weiterer Befolgung des Weiterbildungsvorschlags gemäß Anspruch 4 ist auch die zuverlässige Rückkehr des O-Ringes aus seiner abgehobenen Lage gewährleistet.

Der Vorschlag gemäß Anspruch 5 bewirkt, daß die mit dem Übergang des O-Ringes in seine abgehobene Lage einhergehende Aufweitung des Ringes auch von unten her unterstützt wird und deshalb besonders zuverlässig vonstatten geht. Die Vorschläge der Ansprüche 6 und 7 zielen ab auf eine Verringerung des Verschleißes des torusförmigen Rings im Bereich seiner Zusammenwirkung mit der Sitzfläche bzw. Sitzkante.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Druckregler im Längsschnitt bei geschlossenem Entlastungsventil;

Fig. 2 die Einzelheit A in Fig. 1 vergrößert;

Fig. 3 den Druckregler bei geöffnetem Entlastungsventil;

Fig. 4 die Einzelheit B in Fig. 3 vergrößert;

Fig. 5 das Regelventil mit an die Sitzkante des O-Ringes anschließendem Kegelstumpf;

Fig. 6 die Draufsicht auf die Zwischenwand mit Bohrung gemäß Fig. 5.

Der Druckregler hat ein Gehäuse 1 mit einem Eintrittskanal 2, einem Austrittskanal 3 und einem Entlastungskanal 4. In diesem Gehäuse ist eine Einstelleinrichtung angeordnet, zu der eine zwischen einer unteren Scheibe 6 und einer oberen Scheibe 7 gehaltene Membran 5 gehört, die eine Regelstange 8 trägt und von einer Einstellfeder 9 beaufschlagt ist. Die Membran 5 teilt das Gehäuse 1 in einen vor der Membran liegenden Hohlraum 10, der über eine Öffnung 11 mit dem Austrittskanal 3 in Verbindung steht, und einen hinter der Membran liegenden Hohlraum 12, der über eine Öffnung 13 mit der Atmosphäre in Verbindung steht und in dem sich die Einstellfeder 9 befindet.

Im Gehäuse 1 ist der Durchtritt zwischen dem Eintrittskanal 2 und dem Entlastungskanal 4 von einem Entlastungsventil 14 beherrscht, das von einem Kolben 24 betätigt wird. Die Beauf­ schlagung dieses Kolbens wird gesteuert von einem vor der Membran liegenden Regelventil. Dieses besteht im wesentlichen aus einem elastischen toroidalen O-Ring 16, der mit Vorspannung auf eine zylindrische Ringeindrehung 17 der Regelstange 8 aufgesetzt ist. Oberhalb des O-Rings 16 ist in einem gewissen Abstand von diesem an der Regelstange 8 zwischen der Ringeindrehung 17 und der Membran 5 ein ringförmiger Begrenzerflansch 18 ausgebildet.

Die zylindrische Ringeindrehung 17 ist über einen Radialkanal 19 und einen Axialkanal 20 in der Regelstange 8 und die Öffnung 13 im Gehäusedeckel 21 mit der Atmosphäre verbunden. Das freie Ende 22 der Regelstange 8 ragt unter Belassung eines allseitigen ringförmigen Spalts in eine Bohrung 15, die in einer Zwischenwand zwischen dem Regelventil und dem Steuerhohlraum 23 des Kolbens 24 des Entlastungsventils 14 ausgeführt ist. Vorliegend ist der Steuerhohlraum 23 im hohlen Kolben 24 des Entlastungsventils 14 gebildet.

Die zylindrische Ringeindrehung 17 bildet eine obere Kante 25 und eine untere Kante 26, auf die sich, wie in Fig. 4 gezeigt, der O-Ring 16 setzt, wenn keine anderen Kräfte auf ihn wirken. Dann verschließt er den Radialkanal 19 und damit auch den Axial­ kanal 20.

In Fig. 2, 4 und 5 ist die Bohrung 15 umgeben von einem etwa zylindrischen Vorsprung 36 (Fig. 5), auf dessen Außenkante 27 sich bei einer Abwärtsbewegung der Regelstange 8 der O-Ring 16 setzt, wobei er von der unteren Ringeindrehungskante 26 abgehoben wird. Seine obere Mantellinie kommt dann in Berührung mit der Anschlag­ fläche 28 des Begrenzerflanschs 18 (wie dies in Fig. 2 gezeigt ist).

In dieser abgehobenen Lage bleibt der Mittelpunkt des Quer­ schnitts des O-Rings 16 unterhalb des Niveaus der oberen Ring­ eindrehungskante 25.

Die obere Ringeindrehungskante 25 befindet sich in einem Abstand von der Anschlagfläche 28, der kleiner ist als der halbe Durch­ messer D ₁ des Querschnitts des elastischen O-Rings 16. Hierbei sind die Verhältnisse eingehalten:
D ₁1,5b, D ₂<D ₃<D ₄, worin bedeuten:
D ₁-Durchmesser des Querschnitts des elastischen toroidalen O-Rings 16;
b-Breite der zylindrischen Ringeindrehung 17;
D ₂-mittlerer Durchmesser des O-Rings 16;
D ₃-Durchmesser der Bohrung 15;
D ₄-Innendurchmesser des O-Rings 16 (Fig. 4).

Das Entlastungsventil 14 (Fig. 3) ist in Form eines Tellers 29 und eines Sitzes 30 ausgebildet, welcher durch den unteren Deckel 31 des Gehäuses 1 eingespannt ist. Der Teller 29 ist durch eine Feder 32 an den Sitz 30 angedrückt. Zur Reinigung der Druckluft von Feststoffteilchen ist innerhalb des Gehäuses 1 ein (nicht gezeichnetes) Filter eingebaut. Zur Begrenzung des Weges des Tellers 29 ist im unteren Deckel 31 ein Anschlag 33 ausgeführt. In der der unteren Stellung der Regelstange 8 entsprechenden Ausgangs­ lage ist die Membran 5 von der Feder 9 an einen Anschlag 34 angedrückt, und der Teller 29 des Entlastungsventils 14 ist an den Sitz 30 angedrückt.

Im Austrittskanal 3 ist ein Rückschlagventil 35 eingebaut, das den Eintrittskanal 2 und den Austrittskanal 3 trennt. Das Ventil 35 ist vor der Stelle der Verbindung des Kanals 3 mit dem vor der Membran liegenden Hohlraum 10 in Strömungsrichtung des Arbeits­ mittels, d. h. vor der Öffnung 11, eingebaut.

Der Druckregler ist mit einem Sicherheitsventil und einem Ventil zur Druckluftentnahme, z. B. zum Aufpumpen von Reifen (beide Ven­ tile sind nicht gezeigt), ausgestattet.

Bei der in Fig. 5, 6 gezeigten Ausführungsform des Regelventils schließt zur Vermeidung des Verschleißes des O-Rings 16 im Bereich seiner Zusammenwirkung mit der Sitzkante 27 an diese ein nach außen abfallender Kegelstumpf 37 an, in welchem Kanäle - Radialnuten 38 - zur Verbindung des vor der Membran liegenden Hohlraumes mit der Berührungszone zwischen dem O-Ring 16 und der Sitzkante 27 ausgeführt sind. Der Kegelwinkel α beträgt 2 bis 10° und die Erstreckung h, um die der zylindrische Vorsprung 36 noch über den Innenrand des Kegelstumpfs 37 vorragt, beträgt

• h = (0,05 ÷ 0,15) D ₁.

Der beschriebene Druckregler funktioniert folgenderweise:

Die Druckluft wird von einem Verdichter dem Eintrittskanal 2 und über die Innenräume des Gehäuses 1, das Filter, das sich öffnende Rückschlagventil 35 und den Austrittskanal 3 in das Pneumatik­ system und einem Verbraucher zugeleitet. Dabei steht der vordere Hohlraum 10 unterhalb der Membran 5 unter dem Druck im Aus­ trittskanal 3.

Der Teller 29 des Entlastungsventils 14 ist durch die Kraft der Feder 32 an den Sitz 30 angedrückt und verhindert den Austritt der Druckluft in die Atmosphäre. In dieser Stellung gemäß Fig. 2 befindet sich der O-Ring 16 in seiner abgehobenen Lage, in der er von der Anschlagfläche 28 des Begrenzerflanschs 18 an die Sitz­ kante 27 angedrückt ist. Dabei öffnet sich um die untere Ring­ eindrehungskante 26 herum ein Spalt, über den der über dem Kolben 24 liegende Steuerhohlraum 23 des Entlastungsventils 14 mit dem Ringkanal zwischen dem freien Ende 22 der Regelstange 8 und den Wänden der Bohrung 15, die Kanäle 19 und 20, den Innen­ raum des oberen Deckels 21 und die Öffnung 13 mit der Atmosphäre Verbindung hat. Hierbei stützt sich die untere Scheibe 6 der Membran 5 gegen den Anschlag 34 des Gehäuses 1 ab und schließt dadurch eine Verformung des O-Rings 16 unter der Kraftwirkung der Einstellfeder 9 aus.

Beim Erreichen des von der Einstellfeder vorgegebenen Drucks im Pneumatiksystem hebt sich die Membran und bewegt die Regelstange 8 nach oben, wobei der O-Ring 16 von der Einwirkung der Sitzkante 27 frei wird und sich unter der Wirkung seiner Elastizitätskräfte um die obere Ringeindrehungskante 25 herum in sich selbst abwälzt, und zwar bis zur Anlage auch an der unteren Ringeindrehungskante 26. Dadurch wird die Ringeindrehung 17 von dem über dem Kolben lie­ genden Steuerhohlraum 23 des Entlastungsventils 14 getrennt.

Der Ring 16, der nur die obere Kante 25 berührt, befindet sich in einer instabilen Lage. Da diese Kante einen etwas größeren Durch­ messer als der Innendurchmesser des Rings 16 (der mit Vorspannung aufgesetzt ist) hat, und die Querschnittsmittelpunkte des Rings 16 unterhalb des Niveaus der Kante 25 der Ringeindrehung 17 liegen, ist das Moment zum Abrollen des Rings beim Hub der Membran 5 mit der Regelstange 8 gewährleistet. In dieser Stellung gemäß Fig. 4 hört die Zusammenwirkung der Sitzkante 27 mit dem Ring 16 auf.

Das Aufsetzen des O-Rings 16 mit Vorspannung auf die zylindrische Ringeindrehung 17 gewährleistet die erforderliche Dichtheit in beiden Endstellungen, d. h. sowohl beim Kontakt des Rings 16 mit den beiden Kanten 25 und 26 der zylindrischen Ringeindrehung als auch beim Kontakt mit der oberen Kante 25 der zylindrischen Ring­ eindrehung 17 und der Kante 27 des Sitzvorsprungs 36. Der Kontakt des Rings 16 mit der Anschlagfläche 28 des Begrenzerflansches 18 gewährleistet seine Lagefixierung und begünstigt auch die Ent­ stehung von zusätzlichen Elastizitätskräften in ihm selber, welche wiederum seine Verschiebung in Richtung der Rückführung in die Lage des Kontaktes mit den beiden Kanten 25 und 26 der zylindrischen Ringeindrehung 17 fördern und sein Festkleben verhindern.

Die Verformung des Rings 16 infolge der Einwirkung der Einstell­ feder 9 auf die Membran 5 wird durch die Anlage der unteren Scheibe 6 an den Anschlag 34 des Gehäuses 1 begrenzt, was eine Gefahr des Zerquetschens des Rings ausschließt.

Der weitere Hub der Regelstange 8 läßt den Druck im Austritts­ kanal 3 und damit auch im unter der Membran 11 liegenden Hohl­ raum 10 über den Spalt zwischen dem O-Ring 16 und der Sitzkante 27, sowie über den Spalt zwischen dem freien Ende 22 der Regelstange 8 und den Wänden der Bohrung 15 in den über dem Kolben liegenden Steuerhohlraum 23 des Entlastungsventils 14 übertreten. Durch diese Druckbeaufschlagung beginnt der Kolben 24 zusammen mit dem Teller 29 des Entlastungsventils 14 sich nach unten zu bewegen, wobei er die Feder 32 des Entlastungsventils 14 bis zu ihrer Berührung mit dem Anschlag 33 zusammendrückt. Hierbei wird die Öffnung im Sitz 30 freigegeben und die Druckluft strömt längs die Wände des Gehäuses 1 und des unteren Deckels 31 über das Entlastungsventil 14 in die Atmosphäre. Der Druckanstieg im Pneumatiksystem hört auf und die vom Verdichter weiterhin gelieferte Luft wird in die Atmosphäre abgeblasen.

Der Druck im Hohlraum des Gehäuses 1 zwischen dem Eintrittskanal 2 und dem Rückschlagventil 35 fällt und das Rückschlagventil 35 schließt.

Wegen der weitergehenden Entnahme von Druckluft nimmt der Druck im Pneumatiksystem und im vor der Membran liegenden Hohlraum 10 ab. Erreicht die Druckabsenkung im Pneumatiksystem den vorgegebenen Wert, so entspannt sich die Einstellfeder 9 und die Membran mit der Regelstange 8 senkt sich, so daß die Verbindung des Hohlraums 10 mit dem Steuerhohlraum 23 unterbrochen wird, weil der O-Ring 16 zwischen der Sitzkante 27 und der Anschlagfläche 28 des Begrenzer­ flanschs 18 eingeklemmt wird. Die untere Scheibe 6 der Membran 14 stützt sich dabei gegen den Anschlag 34 des Gehäuses 12 ab. Der Steuerhohlraum 23 des Ventils 14 wird über den Spalt zwischen dem freien Ende 22 der Regelstange und der Wand der Bohrung 15, die Kanäle 19 und 20, den Innenraum des oberen Deckels 21 und die Öffnung 13 mit der Atmosphäre in Verbindung gesetzt. Dadurch fällt der Druck im Steuerhohlraum 23 und die Feder 32 kann die Baueinheit aus Teller 29 und Kolben 24 des Entlastungsventils 14 nach oben schieben. Der Teller 29 legt sich auf den Sitz 30 und der Aus­ trittskanal 3 wird von der Atmosphäre getrennt.

Die vom Verdichter kommende Luft wird wieder in das pneumatische System eingespeist.

Zur Vermeidung des Verschleißes des O-Rings 16 in der Zone seiner Zusammenwirkung der Sitzkante 27 und damit zur Erhöhung der Lebens­ dauer des O-Rings ist gemäß Fig. 5, 6 der Sitz des O-Rings um die Bohrung 15 herum als etwa zylindrischen Vorsprung 36 ausgebildet, der umgeben ist von einem nach außen abfallenden Kegelstumpf 37, in welchem Radialnuten 38 ausgeführt sind.

Bei einer solchen Ausführung wirkt der O-Ring 16 beim Aufsetzen auf die Sitzfläche zuerst mit dem zylindrischen Vorsprung 36 zusammen und wird in der Kontaktzone in den Grenzen der Elastizität seines Materials verformt, wobei er die Dichtheit in der Kontakt­ zone gewährleistet. Bei der weiteren Absenkung rollt der O-Ring über die Sitzkante auf den Kegelstumpf 37 über, wodurch die weitere Verformung des O-Rings 16 in der Zone des Kontaktes mit der Kante 27 und der Verschleiß derselben in der Kontaktzone vermieden werden.

Auf diese Weise wird die Hauptbelastung, die auf den O-Ring 16 wirkt und zu seiner Überführung in die Endstellung erforderlich ist, in der er von der unteren Ringeindrehungskante 26 abgehoben ist und sich an der Anschlagfläche 28 des Begrenzerflansches 18 abstützt, von der Oberfläche des O-Rings 16 aufgenommen, die mit der Oberfläche des Kegelstumpfes 37 konaktiert, was seine Ver­ formung und seinen Verschleiß wegen der großen Kontaktfläche ausschließt. Hierbei wird die Zuführung der Druckluft zum zylindrischen Vorsprung 36 durch die Radialnuten 38 sichergestellt.

Claims (7)

1. Druckregler, in dessen Gehäuse (1) ein Eintritts­ kanal (2), ein Austrittskanal (3) und ein Entlastungs­ kanal (4) ausgebildet sind,
mit einem in den Austrittskanal (3) öffnenden Rück­ schlagventil (35) sowie einem in den Entlastungskanal (4) druckgesteuert öffnenden Entlastungsventil (14), und mit einem von einer Regelstange (8) betätigten Zweiwege-Regelventil, welches den das Entlastungsventil (14) beaufschlagenden Steuerhohlraum (23) in seiner unteren Stellung mit der Atmosphäre und in seiner oberen Stellung mit dem Austrittskanal (3) stromab vom Rückschlagventil (35) verbindet,
wobei die Regelstange (8) mit einer Membran (5) ver­ bunden ist, deren Unterseite vom Druck im Austritts­ kanal (3) und deren Oberseite vom Atmosphärendruck sowie von einer Einstellfeder (9) beaufschlagt ist,
und wobei das Zweiwege-Regelventil ein gummielastisches ringförmiges Element aufweist, daß sich bei einer Auf­ wärtsbewegung der Regelstange (8) in deren obere Stel­ lung zuerst sperrend vor einen in der Regelstange (8) verlaufenden, in die Atmosphäre mündenden Axialkanal (20) legt und danach von einer Sitzfläche abhebt und dadurch die Verbindung zwischen dem Austrittskanal (3) und dem Steuerhohlraum (23) herstellt,
dadurch gekennzeichnet, daß das gummielastische ringförmige Element des Zweiwege-Regelventils ein toroidaler O-Ring (16) ist
und in der Regelstange eine eine obere Kante (25) und eine untere Kante (26) bildende Ringeindrehung (17) ausgearbeitet ist, welche mit dem Axialkanal (20) in Verbindung steht und die mit dem unter Vorspannung auf die Regelstange (8) aufgesetzten O-Ring (16) derart zusammenwirkt, daß in der oberen Stellung der Regel­ stange der O-Ring unter Berührung beider Ringein­ drehungskanten (25, 26) den Axialkanal (20) absperrt und bei der Bewegung der Regelstange in die untere Stellung durch die Berührung mit der Sitzfläche von der unteren Ringeindrehungskante (26) abgehoben wird und den Axialkanal (20) mit dem Steuerhohlraum (23) verbindet.

2. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D ₁) des Querschnitts des O-Rings (16) mindestens gleich dem 1,5fachen der Breite (b) der Ringeindrehung (17) ist.

3. Druckregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelstange (8) einen Begrenzer­ flansch (18) auf der der Sitzfläche gegenüberliegenden Seite des O-Ring (16) aufweist, der bei der Abwärts­ bewegung der Regelstange (8) in deren untere Stellung als Anschlag dient.

4. Druckregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Anschlagfläche (28) des Begrenzer­ flansches (18) von der oberen Ringeindrehungskante (25) weniger als der halbe Durchmesser (D ₁) des Quer­ schnitts des O-Rings (16) beträgt.

5. Druckregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzfläche die Außen­ kante (27) eines etwa zylindrischen Vorsprungs (36) ist und der Durchmesser (D ₃) dieser Sitzkante (27) zwi­ schen dem mittleren Durchmesser (D ₂) des O-Rings (16) und dessen Innendurchmesser (D ₄) liegt.

6. Druckregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der etwa zylindrische Vorsprung (36) in einen Kegelstumpf (37) übergeht und der O-Ring (16) in der unteren Stellung der Regelstange (8) gleichzeitig mit der Sitzkante (27) des Vorsprungs (36) und mit der Oberfläche des Kegelstumpfs (37) zusammenwirkt, wobei in diesem Kanäle zur Verbindung des unter der Membran (5) liegenden Hohlraums (10) mit der Berührungszone zwischen dem O-Ring (16) und der Sitzkante (27) ausgeführt sind.

7. Druckregler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle als Radialnuten (38) ausgebildet sind.