DE3831353C2 - Druckregler für eine Druckmittelanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckregler für eine Druckmittelanlage gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

In einem derartigen Druckregler dient das Auslaßventil der Unterbrechung der Förderung von Druckmittel in die Druckmittelanlage, wenn diese auf einen Nenndruck, nachstehend Abschaltdruck, aufgefüllt ist, oder wenn der Einlaßdruck auf einen höchstzulässigen Wert, nachstehend Sicherungsdruck, angestiegen ist. In den Druckregler ist also eine Sicherheitseinrichtung integriert. Durch die Unterbrechung der Förderung schaltet der Druckregler einen seinem Einlaß vorge­ schalteten Druckerzeugerkreis aus einer Förderphase in eine Leerlaufphase um. Der Druckerzeugerkreis kann nur aus einem Druckerzeuger, aber auch aus einem solchen und ihm zuzuordnenden Nebenaggregaten bestehen. In einer Förderphase sind im Beharrungszustand der Einlaßdruck und der Druck in der Druckmittelanlage im wesentlichen gleich. Zur Herstellung einer betriebli­ chen Leerlaufphase wird das Auslaßventil durch den Abschaltkolben geöffnet, welcher zu diesem Zweck beim Erreichen des Abschaltdrucks in der Druckmittelanlage durch eine geeignete Steuereinrichtung mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird. Der Steuerdruck wird vorzugsweise der Druckmittelanlage entnommen und entspricht vorzugsweise dem Abschaltdruck. Den Wert des Sicherungsdrucks erreicht der Einlaßdruck in einem Störfall oder einem Sonderbetriebsfall (z. B. Reifen­ füllen). Beide Möglichkeiten sollen nachstehend mit dem Begriff "Störfall" erfaßt werden. In einem solchen wird das Auslaßventil durch den Einlaßdruck geöffnet, dessen das Ventilglied in Öffnungsrichtung des Auslaß­ ventils vorspannende Kraft dann die elastische Vor­ spannung des Ventilglieds in Schließrichtung des Auslaßventils überwindet. Der Sicherungsdruck wird also einerseits durch die Stärke der elastischen Vor­ spannung des Ventilglieds und andererseits durch die von dem Einlaßdruck beaufschlagte Wirkfläche des Ventilglieds bestimmt.

Ein Druckregler der eingangs genannten Art ist aus dem DE 86 19 382 U1 bekannt. Das Ventilglied ist dort Teil des Abschaltkolbens. Seine elastische Vorspannung in Schließrichtung des Auslaßventils wird durch eine Feder bewirkt. Zur Erzielung der Vorspannung des Ventilglieds durch den Einlaßdruck in Öffnungsrichtung des Auslaßventils weist der Abschaltkolben an einem das Ventilglied bildenden Teil eine Wirkfläche auf. In einem Störfall muß bei diesem Druckregler von dem Ventilglied der Abschaltkolben in Öffnungsrichtung des Auslaßventils mitbewegt werden. Dies hat wegen der Kolbenreibung, insbesondere der Reibung seiner Dicht­ elemente, Streuungen des Sicherungsdrucks zur Folge.

Zur Behebung dieses Nachteils wäre es denkbar, eine getrennte Sicherheitseinrichtung mit einem eigenen Auslaßventil vorzusehen. Neben dem damit verbundenen Aufwand hätte eine solche Lösung den Nachteil, daß ihr Auslaßventil nur im Störfall geöffnet würde und sich in den dazwischen liegenden - in der Regel lan­ gen - Stillstandzeiten festsetzen und damit den Erfolg dieser Lösung in Frage stellen könnte.

Aus dem WABCO-Ersatzteilblatt "Druckregler 475 304", Ausgabe Mai 1973, ist ein Druckregler mit nur einem Auslaßventil bekannt, bei dem die oben erwähnten Nachteile durch Trennung des Ventilglieds vom Ab­ schaltkolben beseitigt sind. Die dort dargestellte Lösung ist jedoch mit beträchtlichem Bauteilaufwand verbunden und daher kostenungünstig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit ein­ fachen Mitteln die Streuungen des Sicherungsdrucks eines Druckreglers der eingangs genannten Art zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung gewährleistet wegen der Unabhängigkeit des Ventilglieds vom Abschaltkolben im Störfall auch ein gleichmäßigeres Öffnungs- und Durchströmverhalten des Auslaßventils.

Die Erfindung läßt sich in Verbindung mit allen geeigneten Druckmitteln und in allen Druckmittelan­ lagen, für die der erfindungsgemäße Druckregler ge­ eignet ist, einsetzen. Besonders geläufig ist ihr Einsatz in Verbindung mit Druckluft, in welchem Fall der Druckentlastungsausgang zur Atmosphäre führt. Bei anderen Druckmitteln ist es üblich, den Druckentla­ stungsausgang mit einem im wesentlichen überdruck­ freien Druckmittelsammelraum zu verbinden. Ein be­ vorzugtes Anwendungsgebiet bietet sich der Erfindung in Fahrzeug-Druckluftanlagen an.

Die Erfindung ermöglicht bei unveränderten Einbauab­ messungen des Druckreglers eine Vergrößerung der mit dem Einlaßdruck beaufschlagten Wirkfläche des Ventil­ glieds und damit eine genauere Bestimmung des Siche­ rungsdrucks und noch weitergehende Verringerung seiner Streuungen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand von in Figuren dar­ gestellten Ausführungsbeispielen. Unter durchgehender Verwendung einheitlicher Bezugszeichen für Bauteile mit gleichen Funktionen zeigen

Fig. 1 einen Druckregler mit Sicherheitsein­ richtung,

Fig. 2 ausschnittsweise eine andere Ausgestaltung dieses Druckreglers.

Der in Fig. 1 dargestellte Druckregler wird in die Verbindungsleitung zwischen einem Druckerzeugerkreis und einer Druckmittelanlage eingefügt, derart, daß er an einem Einlaß (1) mit dem Druckerzeugerkreis und an einem Auslaß (8) mit der Druckmittelanlage verbunden ist.

Der Druckregler weist einen Strömungsweg von dem Einlaß (1) zu dem Auslaß (8) auf, welcher infolge eines eingebauten Rückschlagventils (7) nur in dieser Richtung durchgängig ist. Der Druckregler weist ferner einen parallel zu diesem Strömungsweg angeordneten Strömungsweg von dem Einlaß (1) zu einem Druckentla­ stungsausgang (13) auf, der, je nach Art des einge­ setzten Druckmittels, mit der Atmosphäre oder einem Druckmittelsammelraum verbunden ist. In diesem Strö­ mungsweg ist zwischen dem Einlaß (1) und dem Druck­ entlastungsausgang (13) ein Auslaßventil (15, 16) angeordnet.

Das Auslaßventil (15, 16) besteht aus einem gehäuse­ festen Ventilsitz (16) und einem Ventilglied (15). Das Ventilglied (15) nimmt bei geschlossenem Auslaßventil (15, 16) eine Schließstellung ein, in der es mit dem Ventilsitz (16) dichtend im Eingriff steht. Aus der Schließstellung ist das Ventilglied (15) in einer Öffnungsrichtung (Pfeil O), die in der Zeichnung abwärts zeigt, in eine Öffnungsstellung bewegbar, die durch einen Gehäuseanschlag (12) bestimmt ist. Die in der Zeichnung durch einen Pfeil (S) gekennzeichnete Schließrichtung ist die Gegenrichtung. Das Ventilglied (15) ist in Schließrichtung (S) elastisch vorgespannt, namlich durch eine Feder (14).

In das Schließglied (15) dringt ein Abschaltkolben (5) ein. In dem Eindringbereich sind der Abschaltkolben (5) und das Ventilglied (15) so ausgebildet, daß der Abschaltkolben (5) das Ventilglied (15) in dessen Öffnungsrichtung (O) mitnehmen kann und das Ventil­ glied (15) bei seiner Rückkehr in die Schließstellung den Abschaltkolben (5) mitnehmen kann. Im übrigen sind der Abschaltkolben (5) und das Ventilglied (15) relativ zueinander frei bewegbar. Das Ventilglied (15) weist in Form einer den Abschaltkolben (5) umgreifen­ den Dichtlippe (9) eine mit einer äußeren Umfangs­ fläche (6) des Abschaltkolbens in gleitfähigen Ein­ griff stehende Abdichteinrichtung auf. Das Ventilglied ist auf diese Weise relativ zum Abschaltkolben abge­ dichtet bewegbar. Diese abgedichtete Bewegbarkeit kann auch auf jede andere geeignete Weise erzielt werden, beispielsweise durch eine Verbindung nach Art eines Faltenbalgs. Auch kann die Abdichtung an einem anderen Bereich des Abschaltkolbens erfolgen, beispielsweise an einer Stirnfläche oder an einer inneren Umfangs­ fläche. Das Ventilglied (15) besteht im Ausführungs­ beispiel aus einem die elastische Vorspannung, d. h. die Kraft der Feder (14) auf nehmenden Stützglied (11) und einem die erwähnten Dichtfunktionen übernehmenden Dichtelement (10). Dieses weist zur Abdichtung des Auslaßventils (15, 16) eine axiale Dichtfläche und zur Abdichtung zwischen dem Ventilglied (15) und dem Abschaltkolben (5) die Dichtlippe (9) auf. Diese zweiteilige Ausbildung des Ventilglieds (15) hat den Vorteil, daß für das Stützglied (11) und das Dichtele­ ment (10) für die jeweiligen Funktionen besonders geeignete Materialien einsetzbar sind. Es liegt auf der Hand, daß das Ventilglied (15) auch auf jede geeignete andere Weise ausgebildet sein kann.

Zwischen der Umfangsfläche (6) des Abschaltkolbens (5) und dem Ventilsitz (16) ist an dem Ventilglied (15) eine dem Einlaß (1) zugewandte Ringfläche eingeschlos­ sen, die als Wirkfläche (17) von dem Einlaßdruck beaufschlagt ist, wodurch das Ventilglied (15) von diesem Einlaßdruck in Öffnungsrichtung (O) des Auslaß­ ventils (15, 16) vorgespannt ist.

An seinem dem Ventilglied (15) abgewandten Ende weist der Abschaltkolben (5) eine Kolbenfläche (2) auf, mit der er eine Steuerkammer (4) begrenzt, welche über eine generell mit (3) bezeichnete Steuereinrichtung mit Steuerdruck aus der Druckmittelanlage beaufschlag­ bar ist. Die Steuereinrichtung (3) ist von bekannter Bauart, so daß sich ein näheres Eingehen auf dieselbe erübrigt.

In einer Förderphase sind das Auslaßventil (15, 16) geschlossen und die Steuerkammer (4) über die Steuer­ einrichtung (3) druckentlastet. Das vom Druckerzeuger­ kreis geförderte Druckmittel strömt vom Einlaß (1) zum Auslaß (8) und von dort in die Druckmittelanlage. Dabei sind, abgesehen von einem Übergangszustand beim Anlaufvorgang, der Einlaßdruck und der am Auslaß (8) anstehende Druck in der Druckmittelanlage im wesent­ lichen gleich.

Ist nun die Druckmittelanlage auf dem Abschaltdruck aufgefüllt, so steuert die Steuereinrichtung (3) Steuerdruck in die Steuerkammer (4) ein. Unter der Einwirkung des Steuerdrucks auf die Kolbenfläche (2) bewegt sich der Abschaltkolben (5) aus seiner Aus­ gangslage in Öffnungsrichtung (O) des Auslaßventils (15, 16) und nimmt das Ventilglied (15) unter Überwin­ dung dessen elastischer Vorspannung in Öffnungsrich­ tung (O) in die Öffnungsstellung mit, dabei das Auslaßventil (15, 16) öffnend. In der dadurch einge­ leiteten betrieblichen Leerlaufphase strömt der von dem Druckerzeugerkreis geförderte Druckmittelstrom über den Strömungsweg vom Einlaß (1) zum Druckent­ lastungsausgang (13) ab. Dabei verhindert das Rück­ schlagventil (7) eine Rückströmung aus der Druck­ mittelanlage.

Ist der Druck in der Druckmittelanlage infolge Druck­ mittelverbrauchs oder Undichtigkeiten auf einen als Einschaltdruck bezeichneten Wert abgefallen, so ermöglicht die Steuereinrichtung (3) eine Druckent­ lastung der Steuerkammer (4). Die elastische Vor­ spannung bewegt nun das Ventilglied (15) in die Schließstellung des Auslaßventils (15, 16) zurück, wobei das Ventilglied (15) den Abschaltkolben (5) mitnimmt. Dadurch wird der Druckerzeugerkreis in eine Förderphase zurückgeschaltet.

Jetzt sei ein Störfall angenommen, in dem die vor­ stehend beschriebene Umschaltung aus der Förderphase in die betriebliche Leerlaufphase aus irgendwelchen Gründen nicht funktioniert. In diesem Fall wird das Ventilglied (15) zur Umschaltung des Druckerzeuger­ kreises in eine störfallbedingte Leerlaufphase infolge seiner Vorspannung durch den Einlaßdruck in Öffnungs­ richtung (O) bewegt, wenn diese Vorspannung groß genug ist, die elastische Vorspannung zu überwinden. Der hierzu erforderliche Einlaßdruck in der Druckmittel­ anlage ist der Sicherungsdruck. Der Abschaltkolben (5) verbleibt dabei in seiner Ausgangslage.

Das Ventilglied (15) kann sich also im Störfall unab­ hängig von dem Abschaltkolben (5) in Öffnungsrichtung des Auslaßventils (15, 16) bewegen. Dadurch werden Einflüsse des Abschaltkolbens (5) auf die Höhe und Wiederholgenauigkeit des Sicherungsdrucks ausgeschlos­ sen und Streuungen desselben verringert. Zur Unter­ stützung dieses Effekts weist der Abschaltkolben (5) eine dem Einlaß (1) zugewandte Zusatzfläche (18) auf, auf der er in Richtung seiner Ausgangslage vom Einlaß­ druck beaufschlagt ist. Dadurch wird die Neigung des Abschaltkolbens (5), im Störfall trotz sich in Öff­ nungsrichtung (O) bewegenden Ventilglieds (15) in seiner Ausgangslage zu verbleiben, gefördert.

Während in einer betrieblichen Leerlaufphase der Einlaßdruck im wesentlichen auf den Druck am Entlastungsausgang (13) abfällt, mit anderen Worten der Einlaß (1) praktisch überdrucklos wird, bewegt sich im Störfall das Ventilglied (15) nur soweit in Öffnungsrichtung (O) und öffnet damit das Auslaßventil (15, 16) nur soweit, daß sich zwischen der Vorspannung durch den Einlaßdruck und der elastischen Vorspannung ein Gleichgewicht bildet. In einer störfallbedingten Leerlaufphase behält deshalb der Einlaßdruck eine durchaus nennenswerte Höhe.

Der Wert des Sicherungsdrucks wird durch die Größe der Wirkfläche (17) und die Stärke der elastischen Vor­ spannung, also die Stärke der Feder (14), bestimmt.

Ist der Abschaltkolben (5) mit der Zusatzfläche (18) versehen, so kann der Eingriff zwischen dem Abschalt­ kolben (5) und dem Ventilglied (15) so ausgebildet sein, daß letzteres den Abschaltkolben (5) nicht in seine Ausgangslage, sondern in eine Zwischenstellung mitnimmt. Aus dieser wird der Abschaltkolben (5) nach Rückschaltung des Druckerzeugerkreises aus einer betrieblichen Leerlaufphase in eine Förderphase durch die Einwirkung des dann wieder ansteigenden Einlaß­ drucks auf die Zusatzfläche (18) in seine Ausgangslage bewegt. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß um die Differenz zwischen Zwischenstellung und Ausgangslage häufig eine Relativbewegung in der Abdichtung zwischen Ventilglied (15) und dem Abschaltkolben (5) stattfin­ det, die ein Festkleben derselben unterbindet.

Durch Verkleinerung des Durchmessers der Umfangsfläche (6) des Abschaltkolbens (5) kann ohne Veränderung der Abmessungen des Ventilsitzes (16) und der Kolbenfläche (2), also auch bei unveränderten Einbauabmessungen des Druckreglers, die Wirkfläche (17) vergrößert werden, wodurch der Sicherungsdruck genauer bestimmt und seine Streuungen noch weiter verringert werden können. Bei gegebenem Sicherungsdruck zieht die Vergrößerung der Wirkfläche (17) eine Verstärkung der elastischen Vorspannung des Ventilglieds (15) nach sich. Die Möglichkeit, die Wirkfläche (17) zu vergrößern, findet deshalb ihre Grenze durch die Bedingung, daß die Kolbenfläche (2) bzw. deren Überschuß über die Zusatz­ fläche (18) ausreichend groß sein muß, unter der Einwirkung des Steuerdrucks in Steuerkammer (4) das Ventilglied (15) gegen die erhöhte elastische Vor­ spannung in seine Öffnungsstellung bewegen zu können.

Fig. 2 zeigt ausschnittsweise einen Druckregler mit einstellbarer elastischer Vorspannung das hier mit (21) bezeichneten Ventilglieds. Zu diesem Zweck ist die Feder (14) zwischen zwei Federtellern (23 bzw. 24) gefesselt, deren einer sich über eine Einstellschraube (25) am Gehäuse und deren anderer sich am Ventilglied (21) abstützt. Zur gleichmäßigen Übertragung der elastischen Vorspannung auf das Ventilglied (21) weist dieses eine Spitze auf, die mit dem Grund einer in dem ventilgliedseitigen Federteller (23) vorgesehenen komplementären Ansenkung in Punktberührung bzw. in Berührung auf kleiner Fläche steht.

Für die Festlegung der Öffnungsstellung des Ventil­ glieds (21) zeigt dieses Ausführungsbeispiel links und rechts in der Darstellung verschiedene Lösungen. In der linken Figurenhälfte weist das Ventilglied (21) ein sich in axialer Richtung erstreckendes Anschlag­ stück (20) auf, welches auf einen Gehäuseanschlag trifft. In der rechten Figurenhälfte überragt der ventilgliedseitige Federteller (23) den äußeren Federdurchmesser radial an Teilen seines Umfangs bzw. an seinen ganzen Umfang und bildet dadurch eine Anschlagfläche (22), die gegen einen Gehäuseanschlag läuft.

Im übrigen gelten die auf das eine Ausführungsbeispiel bezüglichen Ausführungen für das andere Ausführungs­ beispiel entsprechend mit, sofern sich aus diesen Ausführungen nichts anderes ergibt.

Claims (6)

1. Druckregler für eine Druckmittelanlage mit einem zwischen einem Einlaß (1) und einem Druckentla­ stungsausgang (13) angeordneten Auslaßventil (15, 16; 21, 16), welches aus einem gehäusefesten Ven­ tilsitz (16) und einem in Schließrichtung (Pfeil S) des Auslaßventils (15, 16; 21, 16) elastisch (Feder 14) und in Öffnungsrichtung (Pfeil O) des Auslaßventils (15, 16; 21, 16) durch den Einlaß­ druck vorgespannten Ventilglied (15, 21) besteht, das durch den Einlaßdruck und/oder durch einen Abschaltkolben (5) in Öffnungsrichtung (Pfeil O) des Auslaßventils (15, 16; 21, 16) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (15, 21) relativ zum Abschaltkolben (5) abgedichtet bewegbar ist.

2. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ventilglied (15, 21) über eine Abdichteinrichtung (Dichtlippe 9) in gleitfähigem Eingriff mit einer Umfangsfläche (6) des Abschalt­ kolbens (5) steht.

3. Druckregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Umfangsfläche (6) des Abschaltkolbens (5) eine äußere Umfangsfläche ist.

4. Druckregler nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil­ glied (15) aus einem die elastische Vorspannung aufnehmenden Stützglied (11) und einem sowohl zur Ab­ dichtung des Auslaßventils (15, 16) als auch zur Ab­ dichtung zwischen dem Ventilglied (15) und dem Abschaltkolben (5) dienenden Dichtelement (10) besteht.

5. Druckregler nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dichtelement (10) als Abdicht­ einrichtung eine den Abschaltkolben (5) umgrei­ fende Dichtlippe (9) aufweist.

6. Druckregler nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dichtelement (10) ringförmig und von dem Abschaltkolben (5) durchdrungen ist.