DE3631895A1 - Duplex-bremsventil - Google Patents
Duplex-bremsventilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Duplex-Bremsventile zum Ein
satz bei durch Druck eines Mediums betätigten Brems
systemen für Fahrzeuge mit voneinander unabhängigen
primären und sekundären Bremskreisen und hat insbe
sondere Duplex-Bremsventile zum Gegenstand, die ein
Gehäuse mit zwei Satz Öffnungen umfassen, die jeweils
mit einem anderen der beiden Bremskreise verbunden sind
und bei denen es sich jeweils um eine Eintritts- oder
Zufuhröffnung und eine Austritts- oder Auslaßöffnung
für das Druckmedium handelt, wobei primäre und sekun
däre koaxiale Ventilanordnungen jeweils mit einem
anderen der beiden Satz Öffnungen in Verbindung stehen
und bei Betätigung wirksam werden, um die Austritts-
oder Auslaßöffnungen zu sperren und mit den zugehörigen
Eintrittsöffnungen zu verbinden.
Bei einem solchen Ventil, wie es die Patentschrift
14 66 296 des Anmelders zum Gegenstand hat, wird die
auf ein Fußpedal od. dgl. ausgeübte Eingangsenergie über
eine Abstufungsvorrichtung in Form einer Schraubenfe
der oder eines elastischen Gummiblocks einem Eingangs
system beaufschlagt, das die beiden Ventilanordnungen
steuert und einen Reaktionskolben oder Träger für die
primäre Ventilanordnung umfaßt.
Bekannte Ventile dieser Art sind im allgemeinen mit
mindestens zwei radial eingesetzten Dichtungsringen ver
sehen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Eintritts
öffnung des primären Bremskreises so angeordnet sind,
daß für das der primären Ventilanordnung beaufschlagte
Medium der Behälterdruck vorgehalten wird. Der resul
tierende Grad der Reibung ist abhängig vom Ausmaß der
Dichtungsringinterferenz, von der diametralen Größe und
vom Bohrungsabschluß. Er ist verhältnismäßig hoch, wenn
die Dichtungsringe eine Zeitlang feststehen, und
schwankt beträchtlich unter dynamischen Einflüssen.
Eine der Hauptzielsetzungen der vorliegenden Erfindung
ist die Schaffung eines Duplex-Bremsventils, das rela
tiv einfach und kostengünstig herzustellen ist, das
einer beträchtlich geringeren Reibung ausgesetzt ist
und demgemäß eine geringere und gleichmäßigere Ven
tilhysterese gewährleistet und das ein minimales Druck
gefälle zwischen den Ausgangskreisaustrittsdrücken auf
weist.
Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß die normalerweise
radial eingesetzten Dichtungsringe durch ein einziges
Element ersetzt, das die Eintrittsöffnung mit minimalem
Anfangsdruck umgibt und zwischen den relativ zueinander
beweglichen Oberflächen von Reaktionskolben und Gehäuse
eine Stirndichtung bildet.
Beim Dichtungselement handelt es sich bevorzugt um einen
O-Ring, der durchmessermäßig wesentlich kleiner als die
beiden radial eingesetzten Ringe bei herkömmlichen Ven
tilen und in eine Nut entweder in der Gehäusewandung oder
im Reaktionskolben eingesetzt sein kann. Im letztgenann
ten Fall kann das Dichtungselement dem Behälterdruck aus
gesetzt sein, durch den es in dichtenden Eingriff mit der
Gehäusewandung gedrückt wird. Gemäß einer erfindungsge
mäßen Ausführungsform wird die anfängliche Abdichtung
durch eine einfache Federklemme aus Kunststoff erreicht,
die das Dichtungselement gegen die Gehäusewandung drückt.
Die resultierenden Reibungswerte sind demgemäß niedrig
und unabhängig von den jeweiligen Bedingungen sehr gleich
mäßig, was bei Duplex-Bremsventilen der vorgenannten Art
aus den vorbeschriebenen Gründen besonders wünschenswert
ist.
Ein weiterer Vorteil der Schaffung einer Stirndichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das
Gehäuse als einteiliges Gußstück ausgebildet werden
kann, das eine einzige Bohrung von weitgehend gleich
mäßigem Durchmesser besitzt und bei dem die Eintritts-
und Austrittsöffnungen eines jeden Ventilelements ho
rizontal miteinander fluchten. Dies steht im Gegen
satz zu herkömmlichen Duplex-Bremsventilen, die im
allgemeinen aus zwei Gußstücken bestehen, welche nor
malerweise jeweils ein getrenntes Ventilelement um
fassen und in der Mitte miteinander verbunden sind,
damit Bohrungen für die aus dem primären Kreis kommen
de Flüssigkeit gebildet werden können. Es dürfte so
mit auf der Hand liegen, daß erfindungsgemäß die Her
stellung vereinfacht wird und beträchtliche Einsparun
gen an Produktionskosten möglich sind.
Mit der Verringerung der Reibungsfaktoren, Nutzlasten
usw. nimmt die Gefahr einer Ventilmotorisierung zu. Dem
gemäß ist eine weitere Zielsetzung der Erfindung die
ausreichende Dämpfung aller Steuerdrücke, um sicherzu
stellen, daß sich keine Druckschwingungen aufbauen kön
nen.
Bekannte Steuerventile der in Patentschrift 14 66 296
beschriebenen Art haben bereits Ablenkplatten, wobei
es hier jedoch aufgrund ihrer Konstruktion und des
Platzes, der von den radial mit Druck beaufschlagten
Dichtungsringen eingenommen wird, nur möglich war,
eine Ablenkplatte an einer kleineren Fläche des
Reaktionskolbens vorzusehen. Demgemäß ist bei diesen
Ventilen die Gefahr einer Motorisierung größer, und
zwar vor allem dann, wenn sie in Verbindung mit Schrau
benfedern aus Stahl für die Abstufung zum Einsatz kom
men.
Demgemäß ist eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe die
Schaffung eines Reaktionskolbens mit einer innenliegen
den Ablenkplatte, die sich über die volle Breite der Ge
häusebohrung erstreckt und ein kleines Austrittsloch
besitzt, das die primäre Austrittsöffnung mit dem Raum
unterhalb des Reaktionskolbens verbindet und zu einem
langsameren Aufbau des Drucks des Mediums führt, was
direkt am Eingangsplunger spürbar ist.
Zum Ausgleich der dem Reaktionskolben durch die stirn
seitige Abdichtung beaufschlagten seitlichen Belastung
kann das Gehäuse mit diametral entgegengesetzten Eintritts
öffnungen versehen sein, die beide an die Druckmedium
versorgung angeschlossen sind. Die Auslaß- oder Austritts
öffnungen können einander ebenfalls diametral gegenüber
liegen.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen seien nunmehr als
Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen be
schrieben, in denen
Fig. 1 einen Querschnitt eines Duplex- oder
Zweikreisbremsventils zeigt;
Fig. 2 eine Draufsicht darstellt, die teilweise
als Querschnitt entlang der Achse AA nach
Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 3 ein Querschnitt entlang der Achse BB nach
Fig. 1 ist und
Fig. 4 einen Detailquerschnitt einer alternativen
Ventilausführung darstellt, bei welcher die
Abdichtung der Stirnfläche durch eine Dich
tung am Ventilgehäuse bewirkt wird.
Das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Ventil umfaßt ein
weitgehend zylindrisches Gehäuse 10, in dessen einem
Ende sich ein Eingangsplunger 12 zur Betätigung durch
ein Pedal (nicht dargestellt) befindet. Ein Träger oder
Reaktionskolben 14 ist verschiebbar in einer Bohrung 16
des Gehäuses 10 angeordnet und in Abhängigkeit von der
Betätigung des Pedals über eine Verschiebefederanord
nung 18, wie an der linken Seite des Ouerschnitts
sichtbar, oder bei der alternativen Ausführung über
eine Gummifeder 18′ auf der rechten Seite verschieb
bar, die zwischen dem Eingangsplunger 12 und dem Träger
oder Reaktionskolben 14 wirkt.
Das Gehäuse 10 ist als einteiliges Gußstück ausgebil
det und besitzt durch die Gehäusewandung verlaufende
obere und untere Sätze von Eingangs- oder Zuführöffnun
gen 20, 21 und Auslaß- oder Austrittsöffnungen 22, 23,
wobei die einzelnen Sätze entsprechend mit den primären
und sekundären Bremskreisen verbunden sind (nicht dar
gestellt). Jeder Satz umfaßt zwei Eintrittsöffnungen,
die über die Bohrung des Gehäuses hinweg einander
diametral gegenüberliegen und mit einer Druckmedium
quelle verbunden sind, bei der es sich im allgemeinen
um einen Druckluftbehälter handelt. Die beiden einan
der diametral gegenüberliegenden Auslaßöffnungen sind
an den zugehörigen Bremskreis angeschlossen.
Eine primäre Ein-/Auslaßventilanordnung 30 befindet
sich auf dem Reaktionskolben 14 und eine sekundäre
Ein-/Auslaßventilanordnung 32 im unteren Ende des
Gehäuses.
Zwischen den beiden Ventilanordnungen ist ein rohr
förmiger Kolbenabschnitt 34 vorgesehen, der in der
Bohrung 16 läuft und einen oberen Stößel 36 umfaßt,
der verschiebbar in einer als fester Bestandteil des
Trägers 14 ausgebildeten Ablenkplatte 38 aufgenommen
wird. Ein unterer Stößel 40 der Kolbenanordnung 34
wird in einer weiteren Ablenkplatte 42 aufgenommen,
die das untere Ende der Bohrung 16 überbrückt. Die
Räume 44, 46 ober- und unterhalb der Kolbenanord
nung 34 stehen über die Austrittslöcher 48, 50 in
den jeweiligen Ablenkplatten jeweils mit den primä
ren und sekundären Austrittsöffnungen 22, 23 in
Verbindung.
Die oberen und unteren Enden des rohrförmigen Kolben
abschnitts bilden ringförmige Austrittsventilelemen
te 52, 54, die mit den Köpfen der Eintrittsventilele
mente 56, 58 auf einen kleineren Durchmesser als dem
der Eintrittsventilsitze 60, 62 zusammenwirken.
Obwohl das dargestellte Ventil sich in vielen bedeut
samen Punkten von herkömmlichen Ventilen unterscheidet,
wie dies nachstehend beschrieben ist, bleibt die Funk
tionsweise weitgehend unverändert, so daß diese nicht
im Detail erläutert ist. Kurz gesagt: die Eintritts
ventilelemente 56, 58 stehen normalerweise mit den
Ventilsitzen 60, 62 in Eingriff, sind jedoch von den
Austrittsventilelementen 52, 54 abgesetzt, so daß
die Austrittsöffnungen 22, 23 mit dem Auslaß über
einen Kanal verbunden sind, der durch den rohrförmi
gen Kolbenabschnitt 34 und die Mitte der sekundären
Einlaßventilanordnung 32 gebildet wird.
Bei der Abwärtsbewegung des Trägers 14 in Abhängig
keit von der Betätigung eines Ventils verschiebt die
primäre Eintrittsventilanordnung 30 ihrerseits den rohr
förmigen Kolbenabschnitt 34, um so die Verbindung zwi
schen den Austrittsöffnungen 22, 23 und dem Auslaßkanal
zu schließen, wobei beide Eintrittsventilelemente 56, 58
aus ihren Sitzen 60, 62 angehoben werden, um so die
Druckmediumversorgung mit den Austrittsöffnungen 22,
23 zu verbinden.
In Nuten 72 im Träger 14 sind O-Ringe 70 eingesetzt,
die als stirnseitige Abdichtungen dienen, welche die
primären Eintrittsöffnungen 20 umgeben. Wie aus Fig.
2 ersichtlich, sitzt hinter jedem O-Ring 70 eine
Federklemme 76, um diesen mit der Bohrung 16 in Kon
takt zu halten und eine anfängliche Abdichtung zu
bewirken. Außerdem steht die Nut 72 mit dem Druck
des eintretenden Mediums über einen Kanal 78 in Ver
bindung, so daß der O-Ring im Betrieb durch das
Druckgefälle über die Dichtung hinweg in seine Ab
dichtungsstellung gedrückt wird.
Um den Träger 14 und somit die Stirndichtungen in die
gewünschte Winkelposition relativ zum Gehäuse 10 zu
bringen, befindet sich im Träger ein Stift 80, der in
einer in Längsrichtung verlaufenden Aufnahmenut 82 im
oberen Ende der Bohrungswandung geführt ist.
In Fig. 4 ist eine alternative Anordnung dargestellt,
bei der eine Dichtung 70′ in Form eines O-Rings, wel
che eine stirnseitige Abdichtung um die Eintrittsöffnung
20 herum bewirkt, in einen Stopfen 84 eingesetzt ist, in
dem die Eintrittsöffnung ausgebildet und der am Ventil
gehäuse 10 durch Schrauben 86 angebracht ist. Zur
Justierung der Kraft, mit welcher der O-Ring 70′
gegen den Trägerkolben, d.h. den Spalt des O-Rings,
anliegt, können zwischen dem Flansch 85 am Stopfen 84
und dem Gehäuse 10 Beilegscheiben eingesetzt werden.
Das Ventil gemäß den Fig. 1 bis 3 umfaßt einen
mit Ablenkplatte versehenen Reaktionskolben in
einem weitaus kompakteren Gehäuse als dies bei her
kömmlichen Ventilen möglich wäre. Die Ablenkplatte
38 ist als fester Bestandteil des Reaktionskolbens
ausgebildet, wobei der Ausgangsdruck direkt der Aus
trittsöffnung 22 zugeführt wird. Ein kleines Austritts
loch 48 steht ebenfalls mit dem Raum unterhalb des
Reaktionskolbens in Verbindung. Der langsamere Auf
bau des Luftdrucks an dieser Stelle ist direkt am
Eingangsplunger 12 spürbar.
Wie bereits erwähnt ist es normal, für die Betäti
gung des sekundären Kreises durch Luft einen ein
fachen oder doppelten Mittelkolben mit O-Ringen oder
Dichtungsringen vorzusehen. Es ist allgemein bekannt,
daß durch die Konstruktion dieser Art von Steuerven
til eine minimale Druckhysterese zwischen den Druck
ausgängen der primären und sekundären Kreise mög
lich ist. Starre Konstruktionen leiden im allgemei
nen unter einer Leckage von Luft an den Ventil
sitzen, so daß in bezug auf maschinelle Bearbeitung,
Konzentrizität und Rechtwinkligkeitsfehler starke
Einschränkungen gegeben sind.
Der rohrförmige Kolbenabschnitt 34 jedoch umfaßt
eine elastische Doppeldichtungsanordnung 86 mit
einer mittigen Auslaßentlüftung 88. Hierdurch ist
eine genaue Bewegung der identischen Mittelkolben
90, 92 innerhalb der Gummihalterung möglich, um auf
diese Weise das Konzentrizitätsproblem zu lösen. Außer
dem können hierbei die Kolben komplett ohne Bearbei
tung aus Kunststoffmaterial gegossen werden.
Im allgemeinen wird bei bekannten Ventilen mit zwei Guß
stücken das obere Gußstück als oberer Anschlag für den
mittleren Kolben benutzt. Diese Methode setzt voraus,
daß der Hub des Austrittsventils von den zulässigen
Toleranzen der jeweiligen Einzelteile abhängig ist.
Das dargestellte und nur ein Gußstück umfassende Ven
til besitzt einen mittleren einstellbaren Bolzen 94,
der an einer Platte 96 unterhalb des unteren Ein-/Aus
trittsventils befestigt ist. Hierdurch kann der An
schlag so eingestellt werden, daß sich für den Aus
trittshub des primären Kreises ein Mindestwert "a"
und für den Austrittshub des sekundären Kreises ein
Maximalwert "b" ergibt (siehe Fig. 1). Tatsächlich
wird hierdurch für den Gesamtaustrittshub ein wesent
lich geringerer Wert erreicht, nachdem sich der mitt
lere Kolben bewegt, um eine Kompensation des Ein-/
Austrittsventils zu bewirken, bei dem der Austritt
wesentlich langsamer vonstatten geht.
Ein-/Austrittsventile sind allgemein bekannt, bei denen
Preßpassungen von Gummi auf Metall vorgesehen sind und
die eine einzige angegossene Lippe umfassen, um einen
Ausgleich des Lufteintrittsdrucks zu bewirken. In der
dargestellten Ausführungsform besitzt das Ventil 58
jedoch zwei angegossene Gummidichtungslippen 98, 100,
so daß der Ausgangsdruck durch ein kleines Loch 102
dem Bereich 104 zwischen den Dichtungslippen zuge
führt wird, um einen voll ausgeglichenen Ventilbe
trieb zu erreichen. Eine ähnliche Anordnung ist am Ven
til 56 vorgesehen. Dies bildet eine sehr billige Al
ternative zu bekannten Konstruktionen, ohne auf eine Ab
dichtung in Form von O-Ringen und Bohren zurückgrei
fen zu müssen, wobei ein Einsatz mit einer gegossenen
Ein-/Austrittsführung aus Kunststoff möglich ist. Voll
ausgeglichene Ventile sind wichtig, wenn die Ventilbe
wegung/die Druckhystere auf ein Minimum beschränkt
bleiben sollen.
Claims (18)
1. Duplex-Bremsventil der vorbeschriebenen Art, das
durch ein einziges Dichtungselement, welches die pri
märseitige Eintrittsöffnung umgibt und eine Stirn
abdichtung zwischen den relativ zueinander beweglichen
Oberflächen des Reaktionskolbens und des Gehäuses be
wirkt, vor einem Druckverlust des zur primären Ven
tilanordnung strömenden Mediums geschützt ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei dem Dichtungselement um einen O-
Ring handelt, der in eine der Oberflächen einge
setzt ist.
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der O-Ring unter einem minimalen Anfangsdruck
in eine Nut an der Außenseite des Reaktionskolbens
eingesetzt wird, wobei eine Verbindung mit dem pri
mären Mediumkanal durch das Ventil in der Weise be
steht, daß im Betrieb der Druck des durch den primä
ren Bremskreis strömenden Mediums den O-Ring in einen
dichtenden Eingriff mit der Gehäusewandung bringt.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der O-Ring durch eine am Boden der Nut einge
setzte ringförmige Federklemme mit der Gehäusewan
dung in Kontakt gehalten wird.
5. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der O-Ring am inneren Ende eines Stopfens
befindet, der in eine Öffnung in der Gehäusewandung
eingesetzt ist und eine mittlere Bohrung umfaßt,
welche die Eintrittsöffnung bildet.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stopfen mit einem äußeren Flansch zur Durch
führung von Schrauben versehen ist, um den Stopfen
am Gehäuse zu befestigen, und daß die Kraft, mit
welcher der O-Ring gegen den Reaktionskolben an
liegt, durch Einsetzen von Beilegscheiben zwi
schen Flansch und Gehäuse einstellbar ist.
7. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Satz Öffnungen
aus zwei einander diametral gegenüberliegenden Ein
trittsöffnungen und zwei einander diametral gegen
überliegenden Austrittsöffnungen besteht, wobei je
de Eintrittsöffnung von einem getrennten Stirndich
tungselement umgeben ist.
8. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem
einzigen Gußstück mit einer Bohrung besteht, die über
den größten Teil ihrer Länge hinweg einen gleichmä
ßigen Durchmesser aufweist und in der sich sowohl
die primären als auch die sekundären Ventilreaktions
kolben befinden, und weiter dadurch gekennzeichnet,
daß die Eintritts- und Austrittsöffnungen eines
Satzes in einer horizontalen Ebene und die Eintritts-
und Austrittsöffnungen des jeweils anderen Satzes
in einer anderen horizontalen Ebene zu liegen kom
men.
9. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Stift radial vom
primären Reaktionskolben in eine Längsnut im oberen
Ende der Gehäusewandung vorspringt, um den Kolben re
lativ zum Gehäuse winklig zu positionieren.
10. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf des primären
Reaktionskolbens mit einer als fester Bestandteil aus
gebildeten Ablenkplatte versehen ist, die sich über die
gesamte Breite der Gehäusebohrung hin erstreckt und ein
Austrittsloch besitzt, über das die primäre Austritts
öffnung mit dem Raum direkt unterhalb des primären
Reaktionskolbens verbunden wird.
11. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die primären und se
kundären Ventilanordnungen Eintritts-/Austritts
ventilelemente umfassen, die mit ringförmigen Ven
tilsitzen am primären Reaktionskolben bzw. am Ge
häuse und mit ringförmigen Austrittsventilelemen
ten von geringerem Durchmesser als die Ventilsitze
zusammenwirken, wobei die Austrittsventilelemente
an den oberen und unteren Enden einer mittleren
Hohlkolbenanordnung in der Gehäusebohrung zwischen
den primären und den sekundären Ventilanordnungen
ausgebildet sind.
12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Eintritts-/Austrittsventilelement der pri
mären und sekundären Ventilanordnungen zwei Gummi
dichtungslippen umfaßt, die konzentrisch zur Ventil
achse ausgebildet sind, wobei der Ringraum zwischen
den Lippen durch ein kleines Loch dem Austrittsdruck
ausgesetzt ist, um das Ventil unter allen Druckbedin
gungen voll auszugleichen.
13. Ventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Austrittsventilelemente an der mitt
leren Kolbenanordnung an den Enden rohrförmiger Stößel
ausgebildet sind, welche durch die Ablenkplatte am pri
mären Reaktionskolben und eine ähnliche Ablenkplatte
verlaufen, welche das untere Ende der Gehäusebohrung
überbrückt, wobei die letztgenannte Ablenkplatte eben
falls ein Austrittsloch umfaßt, das die sekundäre Aus
trittsöffnung mit dem Raum direkt unterhalb der mitt
leren Kolbenanordnung verbindet.
14. Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die mittlere Kolbenanordnung zwei identische, ring
förmige Kolbenelemente umfaßt, die an ihrem Umfang mit
einander verbunden sind und in ihrer Mitte in den rohr
förmigen Stößeln enden.
15. Ventil nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Kolbenan
ordnung aus Kunststoffmaterial gegossen wird.
16. Ventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die mittlere Kolbenanordnung um ihren Umfang herum
mit einem Dichtungselement aus elastischem Material ver
sehen ist, das auf gegenüberliegenden Seiten einer Aus
trittsentlüftung zwei Dichtungslippen besitzt.
17. Ventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtungselement aus Gummi hergestellt ist.
18. Ventil nach einem der Ansprüche 12 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbarer Bol
zen nach oben durch die Mitte der sekundären Ven
tilanordnung in die mittlere Hohlkolbenanordnung
verläuft, wobei das Eingangssystem über eine Feder
auf ihn wirkt, um in bezug auf den Austrittshub des
primären Kreises einen Mindestwert und im Hinblick
auf den Austrittshub des sekundären Kreises einen
Maximalwert zu erreichen.
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