DE3818688A1 - Vorrichtung zur festhaftverhinderung von dichtelementen an nur gelegentlich bewegten ventilkolben fuer druckmittelbetaetigte bremsanlagen von fahrzeugen, insbesondere nutzfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Im Ventilbau, insbesondere für druckmittelbetätigte Bremsanlagen von Fahrzeugen, sind u.a. Kolben oder Schieberelemente vorgesehen, welche nur gelegentlich betätigt, also von einem Druckmittel beaufschlagt werden. So sind bei bekannten Anhängersteuerventilen für druckluftbetätigte Bremsanlagen von Nutzfahrzeugen Konstruktionen vorgesehen, bei welchen von zwei hintereinander angeordneten Steuerkolben für zwei Bremskreise einer dieser Steuerkolben bei Bremsbetätigung im allgemeinen stehen bleibt, während der andere Steuerkolben zur Betätigung des Ventilmechanismus dient. Der stehenbleibende Steurkolben trägt an seinem Außenumfang in bekannter Weise Dichtelemente, welche gegenüber dem Gehäuseinneren abdichten. Bei längerem Stillstand des Steuerkolbens besteht die Gefahr, daß die Dichtelemente gegenüber der Gehäuseinnenwand haften bleiben, da sie einer gewissen Verklebung bzw. Teilvulkanisierung unterliegen. Diese Haftung ist so groß, daß der Steuerkolben im Bedarfsfalle nicht mehr durch ein Druckmittel bewegt werden kann, was zu einem Ausfall des Anhängersteuerventils führen könnte. Eine derartige Fehlfunktion ist in hohem Maße unerwünscht.

Zur Lösung dieses Problems sind Vorrichtungen zur Festhaftverhinderung geschaffen worden (DE-OS 36 12 413), bei welchen der einer möglichen Haftung unterliegende Kolben im Wege der Betätigung des Ventils Zwangsbewegungen vorführt. Diese Zwangsbewegungen des gesamten Kolbens mit den von ihm getragenen Dichtungen verhindern ein Festkleben dieser Dichtungen, also ein Festhaften des gesamten Kolbens. Derartige Zwangsbewegungen werden mit Hilfe verhältnismäßig kompliziert aufgebauter Feder- und Kolben-Hilfselemente vollführt, welche innerhalb des eingeschränkten Aufbaues eines derartigen Steuerventils unterzubringen sind. Die Folge sind sehr gedrängte bauliche Verhältnisse, aber auch erhöhter baulicher Aufwand des gesamten Ventilsystemes.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Festhaftverhinderung zu schaffen, welche baulich sehr einfach ausgestaltet sein soll, welche also keiner zusätzlichen Kolben- oder Feder-Hilfselemente bedarf und welche dennoch absolut sicher arbeitet. Bei Verwendung an einem Anhängersteuerventil für druckmittelbetätigte Bremsanlagen von Nutzfahrzeugen soll insbesondere sichergestellt sein, daß die Festhaftverhinderung immer, d.h. bei normaler Bremsbetätigung zur Wirkung kommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienende Merkmale nach dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1.

Die Vorrichtung zur Festhaftverhinderung ist in sehr einfacher Weise an jeglicher Kolbenanordnung jeglichen Ventils darstellbar, da im allgemeinen ein einzelnes Federelement, gegenüber einem längsbeweglichen Dichtelement wirkend, ausreicht, das Dichtelement bei Druckbeaufschlagung des die Dichtanordnung tragenden Kolben zwangsweise zu verschieben. Diese Zwangsverschiebung des Dichtelements vollzieht sich also auch dann, wenn der Kolben selbst als Träger stehen bleibt, wie dies bei Steuerkolbenanordnungen von Anhängersteuerventilen der Fall sein kann. Von besonderem Vorteil erweist sich eine derartige Vorrichtung im Hinblick auf die Tatsache, daß aufwendige, d.h. zusätzliche Feder- und Kolben-Hilfselemente mit zusätzlicher Schaltung entbehrlich sind; eine Zwangsbewegung des Kolbens ist nicht mehr erforderlich. Bei Verwendung von sehr schmalen, um den Umfang des Kolbens gelegten Blattfedern mit winklig abstehenden Federschenkeln ist es auch möglich, eine Nachrüstung eines bestehenden Ventilaufbaus vorzunehmen. Grundsätzlich ist es auch denkbar, eine derartige Vorrichtung zur Festhaftverhinderung in einer Gehäusewand unterzubringen, gegenüber welcher ein Kolben ohne Dichtelement verschiebbar ist, wenn also das Ventilgehäuse als Träger für die Dichtung vorgesehen ist. Eine derartige Anordnung ist auch bei Kolbendurchführungen möglich, wo z.B. ein Kolbenschaft eine eine Dichtung tragende Bohrung durchsetzt und nur gelegentlich bewegt werden soll.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren Patentansprüchen aufgeführt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

Fig. 1 ist eine Längschnittansicht eines die Vorrichtung zur Festhaftverhinderung tragenden Anhängersteuerventils für druckmittelbetätigte Bremsanlagen; und

Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilperspektivansicht eines eine Vorrichtung zur Festhaftverhinderung tragenden Kolbens.

In Fig. 1 der Zeichnung ist beispielhaft ein Anhängersteuerventil dargestellt, in dessen Gehäuse 1 Anschlüsse 3 und 5 münden; diese Anschlüsse sind an einen ersten und an einen zweiten Bremssteuerkreis angeschlossen. Ein weiterer Anschluß 7 des Gehäuses ist an eine Vorratsdruckluft führende Vorratsleitung angeschlossen; der in der Zeichnung darüber befindliche Anschluß 9 ist mit einer Anhängerbremsleitung verbunden, welche mittels einer (nicht dargestellten) Kupplung mit einer korrespondierenden Leitung des Anhängers verbunden ist. Im Inneren des Gehäuses befinden sich ein erster Steuerkolben 11 und ein zweiter Steuerkolben 13. Oberhalb des ersten Steuerkolbens ist eine Steuerkammer 15 vorgesehen. Eine weitere Steuerkammer 17 befindet sich zwischen den beiden Steuerkolben und steht über die in der Zeichnung dargestellte Bohrung 19 mit dem Anschluß 5 in Verbindung. Vom zweiten Steuerkolben 13 erstreckt sich ein zylindrischer Kolbenschaft 21, welcher an seinem unteren Ende einen Auslaßventilsitz 23 trägt. Der Auslaßventilsitz kommt bei Abwärtsbewegung gegenüber dem Dichtelement eines Ventilelements 25 zur Wirkung, welches sich in der dargestellten Lösestellung des Ventils an einen ortsfesten Einlaßventilsitz 27 anlegt. In der dargestellten Lage steht der Anschluß 9 bei geöffnetem Auslaßventil mit dem hohlen Inneren des Ventilelements 25 und von dort über einen Entlüftungsstutzen 29 mit der Außenluft in Verbindung. Die Anhängerbremsleitung ist hierdurch entlüftet. In dem mit dem Anschluß 7 verbundenen Raum 31 steht Vorratsdruckluft an.

Innerhalb des zweiten Steuerkolbens 13, welcher in der dargestellten Position durch eine Feder 33 nach oben gerichtet verspannt ist, befindet sich eine Voreileinrichtung, deren Erläuterung entbehrlich ist. In gleicher Weise ist es im Rahmen des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Gedanken nicht erforderlich, auf den weiteren Anschluß 35 des Ventils und weitere, im unteren Bereich des Ventilaufbaus befindliche Bauteile einzugehen.

Der erste Steuerkolben 11 trägt erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Festhaftverhinderung; diese verhindert, daß die Dichtelemente am Außenumfang des Steuerkolbens 11 gegenüber dem Innenumfang des Gehäuses verkleben bzw. haften, wenn der Steuerkolben 11 während längerer Zeit nicht bewegt wird. Ein derartiges Haften bzw. Festsetzen der Dichtelemente und somit des gesamten Steuerkolbens könnte zu einem Funktionsausfall des Anhängersteuerventils führen, wenn der an den Anschluß 5 angeschlossene zweite Bremskreis ausfällt und die Ventilbetätigung mittels des ersten Bremskreises, d.h. also durch Einleiten von Druckluft in den Anschluß 3, ausgelöst werden soll. Die Dichtelemente des Steuerkolbens, welche z.B. als O-Ringe 37 und 39 ausgebildet sind, unterliegen gemäß der Erfindung einer Zwangsbewegung, wann immer Druckluft in die beiden Anschlüsse 3 und 5 eingeleitet wird. Zu diesem Zweck stützen sich die O-Ringe 37 und 39 an ihren einander zugewandten Seiten jeweils an einem Stützring 41 bzw. 43 ab, wobei die beiden Stützringe ihrerseits zur Abstützung einer im einzelnen in Fig. 2 dargestellten Feder 45 dienen. Zwischen den beiden Stützringen trägt der Außenumfang des Steuerkolbens einen Sicherungsring 47 oder dergleichen Anschlagelement, gegen welches sich die Stützringe bei der nachfolgend beschriebenen Bewegung anlegen können. Der Sicherungsring 47 vermittelt hierbei auch einen Bezugspunkt für die Relativbewegungen der beiden O-Ringe 37 und 39. Der Raum zwischen den beiden O-Ringen ist mittels einer in Fig. 1 dargestellten Bohrung 48 im Gehäuse 1 entlüftet.

Die Feder 45 ist zur Erzielung einer schmalen Bauweise geschlitzt, d.h. sie trägt federnd auskragende Federschenkel 49 und 51, von welchen auf den Umfang verteilt mehrere vorgesehen sind. Die Enden der Federschenkel liegen jeweils an der Innenseite der Stützringe 41 und 43 an und üben axial gerichtete, d.h. in der Darstellung nach oben und nach unten gerichtete Federkräfte aus. Die Stützringe können sich jeweils nur gegen die Federkraft der einzelnen Federschenkel in Richtung des Sicherungsringes 47 bewegen. An der bezüglich der Stützringe entgegengesetzten Seite der O-Ringe 37 und 39 sind für diese am Steuerkolben Anschläge vorgesehen. Wie im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der obere O-Ring 37 an einem weiteren Stützring 53 an, welcher seinerseits von einem Sicherungsring 55 gehalten ist. Der in der Darstellung untere O-Ring 39 besitzt eine ähnliche Anschlagposition, d.h. er liegt an einer vorspringenden Schulter am Außenumfang des Steuerkolbens an.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung zur Festhaftverhinderung bei Betätigung des Anhängersteuerventils ist wie folgt:

Die dargestellte Position entspricht der Löseposition des Anhängersteuerventils, wie vorstehend erläutert wurde. In dieser Position sind die beiden Steuerkammern 15 und 17 drucklos. Der Anschluß 9 und die mit dem Anschluß 9 verbundene Druckwechselkammer 57 sind über das vorgenannte, geöffnete Auslaßventil und das hohle Innere des Ventilelements 25 mit dem Entlüftungsstutzen 29, also mit Atmosphäre verbunden. Der Raum 31 steht unter dem Druck der Vorratsdruckluft, welche über den Anschluß 7 zur Verfügung steht. Bei Betätigung des Anhängersteuerventils gelangt Druckluft durch die Anschlüsse 3 und 5 in die beiden Steuerkammern 15 und 17. Bei gleichen Druckverhältnissen bleibt der Steuerkolben 11 in seiner dargestellten Lage stehen, da die von den Drücken beaufschlagbaren Flächen auf beiden Seiten des Kolbens gleich groß sind. Der zweite Steuerkolben 13 wird bei stehenbleibendem Steuerkolben 11 nach unten gerichtet verschoben, so daß das Auslaßventil öffnet und das Einlaßventil - gebildet durch den Einlaßventilsitz 27 und das Ventilelement 25 - öffnet. Druckluft gelangt vom Anschluß 5 in die Druckwechselkammer 57 und von dort durch den Anschluß 9 in die Anhängerbremsleitung. Es wird solange Vorratsdruckluft in die Druckwechselkammer 57 eingeleitet, bis in bekannter Weise ein Druckgleichgewicht herbeigeführt ist und Einlaß- und Auslaßventile sich in einer geschlossenen Lage befinden. Beim Lösen, d.h. bei Druckabbau des Steuerdruckes in den beiden Steuerkammern 15 und 17, kehrt der Steuerkolben 13 unter (nicht im einzelnen näher erläuterter) Mitwirkung der Voreileinrichtung in die in der Zeichnung dargestellte Lage zurück.

Am Außenumfang des Steuerkolbens 11 werden die beiden O-Ringe 37 und 39 bei den vorbeschriebenen Betätigungen des Anhängersteuerventils dem jeweiligen Steuerdruck ausgesetzt, mit der Folge, daß sich die O-Ringe entgegen der Kraft der Feder 45 aufeinander zu bewegen. Für diese Bewegung ist als Endanschlag der Sicherungsring 47 vorgesehen, an welchen sich die Stützringe 41 und 43 bei nach innen gerichteter Bewegung anlegen. Beim Lösen des Steuerdruckes in den beiden Steuerkammern 15 und 17 wird der Druck an den O-Ringen abgebaut, mit der Folge, daß die Feder bzw. die Federschenkel die Stützringe 41 und 43 und somit die O-Ringe 37 und 39 auseinanderdrücken. Im entlasteten Zustand, d.h. im Lösezustand des Anhängersteuerventils, nehmen die O-Ringe schließlich die in der Zeichnung wiedergegebene Relativposition zueinander ein.

Tritt eine Fehlfunktion des Anhängersteuerventils ein, wird also z.B. der zweite, an den Anschluß 5 angeschlossene Bremskreis nicht aktiviert, dann bewegt sich die Gesamtheit der Steuerkolben 11 und 13 infolge alleiniger Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens 11 gemeinsam nach unten gerichtet, das Problem der Festhaftung an den Dichtungen des Steuerkolbens 11 kann hierbei ohnehin nicht auftreten, unbeschadet der Tatsache, daß derartige Fehlfunktionen im allgemeinen sofort beseitigt werden. Fällt der an den Anschluß 3 angeschlossene Bremskreis aus, dann bleibt der Steuerkolben 11 bei Druckbeaufschlagung der zweiten Steuerkammer 17 in gleicher Weise wie bei normal funktionierendem Anhängersteuerventil stehen. In diesem Fall wird bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsform der Festhaftverhinderung lediglich der untere O-Ring 39 mit Druck der zweiten Steuerkammer beaufschlagt und verschiebt sich gegen den als Anschlag dienenden Sicherungsring 47. Da eine derartige Fehlfunktion des Anhängersteuerventils ohnehin sofort abgestellt wird, ist das Problem der Festhaftung des in der Zeichnung oberen O-Rings 37 ohnehin nicht gegeben.

Die Erfindung ist nicht auf die beispielhaft wiedergegebene Ausführungsform der Vorrichtung zur Festhaftverhinderung beschränkt, so ist es natürlich möglich, daß jeweils nur ein einzelner O-Ring oder ein vergleichbares Dichtungselement am Außenumfang eines zu betätigenden Kolbens ausgebildet ist. In diesem Fall kann zu beiden Seiten des O-Rings je ein der Feder 45 vergleichbares Element vorgesehen sein, wobei sich die beiden Federn mit ihren Federschenkeln in vergleichbarer Weise einerseits an Stützringen für das Dichtelement und andererseits an Anschlägen des Kolbenaußenumfangs abstützen. Bei Steuerkolben, Relaiskolben und dergleichen druckbeaufschlagbaren Kolben- oder Schieberelementen, welche ausschließlich von einer Seite beaufschlagt werden, ist die Anordnung so getroffen, daß sich die Federn einerseits an einem Anschlag des Kolbens und andererseits an einem Stützring oder dergleichen Stützelement des O-Rings abstützen. Die Feder ist hierbei nicht notwendigerweise mit Federschenkeln zu beiden Seiten ausgestattet.

Wenn es die Raumverhältnisse zulassen, können natürlich auch Federn anderer Konfiguration vorgesehen sein, so auch herkömmliche Schraubenfedern, welche anstelle der Feder 45 in den Freiraum zwischen den O-Ringen eingelegt sind. Die Federn können auch aus einzelnen Abschnitten bestehen, welche nur an einigen Bereichen des Gesamtumfangs des Kolbens eingesetzt sind. Es ist auch möglich, in die Dichtelemente selbst Federelemente einzuvulkanisieren, welche der Feder 45 vergleichbare Rückstellfunktion besitzen.

Die beschriebene Vorrichtung zur Festhaftverhinderung ist sehr einfach aufgebaut und kann an Kolbenelementen verschiedenster Art zum Einsatz gebracht werden; sie eignet sich auch zu einer kostengünstigen Nachrüstung. Kosteneinsparungen bei Verwendung der Vorrichtung zur Festhaftverhinderung ergeben sich insbesondere deshalb, weil bisher übliche, zu einer Zwangsbewegung des Kolbens dienende Hilfs-Betätigungsmittel entbehrlich sind.

Bezugszeichenliste:

 1 Gehäuse
 3 Anschluß
 5 Anschluß
 7 Anschluß
 9 Anschluß
11 Steuerkolben
13 Steuerkolben
15 Steuerkammer
17 Steuerkammer
19 Bohrung
21 Kolbenschaft
23 Auslaßventilsitz
25 Ventilelement
27 Einlaßventilsitz
29 Entlüftungsstutzen
31 Raum
33 Feder
35 Anschluß
37 O-Ring
39 O-Ring
41 Stützring
43 Stützring
45 Feder
47 Sicherungsring
48 Bohrung
49 Federschenkel
51 Federschenkel
53 Stützring
55 Sicherungsring
57 Druckwechselkammer

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Festhaftverhinderung von Dichtelementen an nur gelegentlich bewegten Ventilkolben für druckmittelbetätigte Bremsanlagen von Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, mit wenigstens einem an der abzudichtenden Kolbenfläche gehalterten Dichtelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement bei Druckbeaufschlagung gegen Federkraft begrenzt beweglich am Kolben geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei Anwendung an einem Anhängersteuerventil, mit einem Steuerkolben, an dessen Außenumfang unter Abstand zwei O-Ringe als Dichtelemente angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den beiden O-Ringen (37, 39) eine gegenüber den O-Ringen wirkende Feder (45) befindet, und daß die O-Ringe in Richtung der Feder (45) begrenzt beweglich sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (45) als eine um den Umfang des Steuerkolbens (11) gelegte Blattfeder ausgebildet ist, von welcher unter Winkelabstand schräg verlaufende Federschenkel (49) auskragen, daß sich die Federschenkel (49) jeweils an einem Stützring (41, 43) für die O-Ringe (37, 39) abstützen, und daß die Stützringe mit den O-Ringen bei Druckbeaufschlagung derselben entgegen der Federkraft der Federschenkel (49) aufeinander zugewandt verlagerbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stützringen (41, 43) unter Abstand zu diesen ein als Anschlag dienender Sicherungsring (47) am Außenumfang des Steuerkolbens fixiert ist, derart, daß die Bewegungen der Stützringe entgegen der Federkraft der Federschenkel (49) am Sicherungsring begrenzt sind, und daß an der jeweils entgegengesetzten Seite der beiden O-Ringe (37, 39) vom Kolben sich erstreckende Endanschläge ausgebildet sind.