DE4403596A1 - Drucksteuerventil für eine Druckluftbremsanlage - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Drucksteuerventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aus.

Ein derartiges Drucksteuerventil ist aus der DE 33 13 078 A1 bekannt. Das bekannte Ventil besitzt als Schließglied ein tellerförmiges Element, welches mit seinem Rand an einer einen Ventilsitz bildenden Wandfläche einer Druckkammer in einem Gehäuse an­ liegt. Das tellerförmige Schließglied ist mit minde­ stens einem Rückschlagventil versehen und mit dem An­ ker eines Elektromagneten verbunden, der als Propor­ tionalmagnet ausgebildet ist und dem ein Erregerstrom zugeführt wird, der entsprechend der gewünschten An­ sprechschwelle und Druckreduzierung gesteuert bzw. geregelt wird.

Das als unbelastetes Rückschlagventil ausgebildete Rückschlagventil des bekannten Drucksteuerventils ge­ stattet einen Durchfluß von der Druckausgangsseite zur Druckeingangsseite des Drucksteuerventils, so daß beim Lösen der Bremse die volle Rückströmung der Druckluft vom Bremszylinder zu einem Betriebsbrems­ ventil gewährleistet ist. Außerdem erlaubt das be­ kannte Drucksteuerventil aufgrund der Verwendung eines Proportionalmagneten eine Belagverschleißregelung mit hoher Regelgüte. Das bekannte Drucksteuerventil erfor­ dert jedoch andererseits eine konstruktiv aufwendige Bauweise und eine ebenfalls aufwendige Steuerelektro­ nik zur Erzeugung des Erregerstroms für den Proportio­ nalmagneten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Drucksteuerventil mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat dem­ gegenüber den Vorteil, daß es sich durch einen einfa­ chen und funktionssicheren Aufbau auszeichnet, da es als Schaltventil mit einem einfachen Schaltmagneten ausgebildet ist, der im nichtbetätigten Zustand und bei dann geöffnetem Druckluftkanal ein Durchsteuern des vollen Bremsdrucks ermöglicht und im betätigten Zustand dafür sorgt, daß der am Bremszylinder wirksame Bremsdruck gemäß einer vorgegebenen Kennlinie redu­ ziert wird, wenn ein übermäßiger Verschleiß des Bremsbelages festgestellt wurde und keine Vollbrem­ sung durchgeführt werden muß.

In den Ansprüchen 2 bis 6 sind zweckmäßige Ausgestal­ tungen des Drucksteuerventils gekennzeichnet. Insbe­ sondere bringt die Ausgestaltung des Verschlußelemen­ tes in Form eines flexiblen tellerförmigen Elementes, insbesondere aus Gummi oder auch aus einem geeigneten Kunststoff, den Vorteil mit sich, daß der Elektro­ magnet beim Anziehen einen etwas größeren Hub haben kann, als es dem Abstand zwischen dem Verschlußelement und dem Schließglied entspricht, da sich der Rand des Verschlußelementes entsprechend verformen kann, während der Rand des Verschlußelementes andererseits durch den Druck auf der Druckeingangsseite anschlie­ ßend flexibel in Kontakt mit dem Schließglied bleibt, während dieses bereits beginnt, sich von seinem zugeordneten Ventilsitz abzuheben.

Zeichnung

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schaltplan einer Druckluft-Bremsanlage mit einem in Schaltzeichen dargestellten Druck­ steuerventil zur Druckreduzierung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Aus­ führungsform eines Drucksteuerventils gemäß der Erfindung und

Fig. 3 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung der Verknüpfung zwischen den Drücken auf der Druckeingangsseite und der Druckausgangsseite bei einem Drucksteuerventil gemäß Fig. 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 vereinfacht dargestellte Druckluft- Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges umfaßt zwei Brems­ kreise, von denen jeder einer nicht gezeichneten Fahr­ zeugachse zugeordnet ist. Die Bremsanlage, die insge­ samt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, besitzt zwei getrennte als Druckbehälter dargestellte Vor­ ratsquellen 12, die mit den beiden Eingängen eines zweikreisigen Betriebsbremsventils 14 verbunden sind. Von der Auslaßseite des Betriebsbremsventils 14 gelangt das Druckmittel aus den Vorratsquellen 12 über separate Bremsdruckleitungen 16a, 16b jeweils zu einem als Rückhalteventil ausgebildeten Drucksteuerventil 18a bzw. 18b gemäß der Erfindung. Von dem beim Aus­ führungsbeispiel der Hinterachse zugeordneten Druck­ steuerventil 18a gelangt die Druckluft über einen lastabhängigen Bremskraftregler 19 zu zwei ABS-Druck­ steuerventilen 20a, 20′a und über diese zu Bremszy­ lindern 22a, 22′a eines Hinterachsbremskreises HA, während die der Bremsleitung 16b zugeführte Druckluft auf der Auslaßseite des Drucksteuerventils 18b direkt an entsprechende ABS-Drucksteuerventile 20b, 20′b und über diese an Bremszylinder 22b, 22′b eines Vorder­ bremskreises VA gelangt.

Die in Fig. 1 gezeigte Bremsanlage 10 umfaßt als zen­ trale elektrische bzw. elektronische Einheit ein Steuergerät 24, an dem unter anderem ein Bremslicht­ schalter 26 angeschlossen ist und welches über Aus­ gangsleitungen unter anderem Steuersignale an die Drucksteuerventile 18a und 18b liefert. Eingangsseitig ist das Steuergerät 24 mit zusätzlichen Sensoren 28a und 28b verbunden, die dem Hinterachsbremskreis HA bzw. dem Vorderachsbremskreis VA zugeordnet sind und die im Bereich der paarweise vorgesehenen Radbremsen (nicht gezeigt) angeordnet sind, um die Dicke minde­ stens eines Bremsbelages zu erfassen, wobei die Sensoren in beliebiger geeigneter Weise ausgebildet sein können, beispielsweise in Form von berührungslos arbeitenden Näherungssensoren oder als Sensoren mit einem Wegmeßelement und einem Weg/Spannungs-Wandler, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist. In dem Steuerge­ rät 24 kann außerdem eine Blockierschutz-Funktion ablaufen. Der Übersichtlichkeit wegen sind von einem Antiblockiersystem nur die Drucksteuerventile 20a, 20b dargestellt.

Während bei der in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel dargestellten Druckluftbremsanlage ein Antiblockier­ system und außerdem eine lastabhängige Bremskraftre­ gelung vorgesehen sind, versteht es sich, daß ein Drucksteuerventil gemäß der Erfindung auch in Brems­ anlagen ohne diese Einrichtungen mit Vorteil einge­ setzt werden kann.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt eine derzeit bevorzugte Ausführungsform eines Drucksteuerventils gemäß der Erfindung, beispielsweise des Drucksteuerventils 18b der Bremsanlage 10 gemäß Fig. 1, wobei darauf hinzu­ weisen ist, daß in dieser Bremsanlage identische oder unterschiedlich ausgebildete Drucksteuerventile 18a und 18b verwendet werden können. Normalerweise werden allerdings für die beiden unabhängigen Bremskreise der Bremsanlage 10 identische als Rückhalteventile dienen­ de Drucksteuerventile verwendet.

Im einzelnen zeigt Fig. 2 ein Drucksteuerventil 18 mit einem geteilten Gehäuse, dessen Gehäuseteile 18.1 und 18.2 über eine Flanschverbindung und ein Dichtungsele­ ment 18.3 dichtend miteinander verbunden sind. Das aus den genannten Gehäuseelementen aufgebaute Gehäuse besitzt einen Einlaß 30 und einen Auslaß 32, wobei zu beachten ist, daß die Bezeichnungen Einlaß und Auslaß für den Betriebszustand gelten, in dem das Druckmit­ tel, wie durch Pfeile angedeutet, dem Einlaß 30 zugeführt wird und über den Auslaß 32 letztlich an den zugeordneten Bremszylinder angelegt wird. Beim Entlüf­ ten des Bremszylinders nach Beendigung eines Bremsvor­ ganges kehrt sich die Strömungsrichtung der Druckluft dagegen um, d. h. die Druckluft fließt vom Auslaß 32 zum Einlaß 30 des Gehäuses.

Im Inneren des Gehäuses des Drucksteuerventils 18 ist ein Ventilsitz 34 dichtend in eine Bohrung des Gehäu­ seteils 18.1 eingesetzt und in dieser Bohrung axial durch einen Sicherungsring 36 gesichert. Ferner ist im Inneren des Ventilgehäuses konzentrisch zu dem Ventil­ sitz 34 ein Schließglied 38 axial beweglich angeord­ net.

Beim Ausführungsbeispiel umfaßt das Schließglied 38 ein hülsenförmiges äußeres Element 38a, ein naben- bzw. becherförmiges inneres Element 38b und ein zu den beiden Elementen 38a und 38b konzentrisches Verbin­ dungsstück 38c, welches insgesamt ringförmig ausge­ bildet und mit durchgehenden Öffnungen versehen ist, die beispielsweise durch plattenförmige, stegförmige oder speichenförmige Verbindungselemente begrenzt sein können. Auf jeden Fall ist das Verbindungsstück 38c zwischen dem buchsenförmigen inneren Element 38b und dem hülsenförmigen äußeren Element 38a derart ausgebildet, daß sich zwischen dem auf der Druckein­ gangsseite befindlichen Einlaß 30 und dem auf der Druckausgangsseite befindlichen Auslaß 32 durch das Innere des hülsenförmigen äußeren Elementes 38a des Schließglieds 38 hindurch ein durchgehender Druck­ luftkanal ergibt. Das äußere Element 38a ist ferner an seinem auslaßseitigen, in Fig. 2 oberen, Ende mit einem radial nach außen gerichteten umlaufenden Flansch 38d versehen, der eine umlaufende Wulst 38e trägt, die mit dem Ventilsitz 34 zusammenwirkt, der beim Ausführungsbeispiel im Kontaktbereich mit der Wulst 38e eine elastische Einlage beispielsweise in Form eines Gummiringes 39 aufweist. Das innere Element 38b ist mit seinem äußeren bzw. in Fig. 2 oberen Teil dichtend in eine buchsenförmige Fassung 18.12 des Gehäuseteils 18.1 eingesetzt, die über eine Entlüf­ tungsöffnung 40 mit der Umgebungsluft in Verbindung steht. Eine Vorspannfeder 42 umgibt die buchsenförmige Fassung 18.12 und stützt sich einerseits an dem Gehäuseteil 18.1 und andererseits an dem Verbindungs­ stück 38c des Schließglieds 38 ab. Die Vorspannfeder 42 ist dabei so in das Gehäuse eingebaut, daß die Wulst 38e des Schließglieds 38 dichtend an dem Ven­ tilsitz 34 anliegt.

An dem in Fig. 2 unteren Gehäuseteil 18.2 ist in konventioneller, in der Zeichnung nicht näher darge­ stellter Weise ein Elektromagnet 44 in Form eines einfachen Schaltmagneten angeflanscht. Der Elektro­ magnet 44 besitzt einen Anker 46, der konzentrisch zur Achse des Schließglieds 38 angeordnet ist und mit seinem freien Ende in das Innere des Gehäuses vor­ steht. Der Anker 46 trägt an seinem freien Ende 46a ein tellerförmiges flexibles Verschlußelement 48 beispielsweise in Form einer Gummi- oder Kunststoff­ scheibe, die am freien Ende 46a des Ankers 46 zwischen Sicherungsscheiben 50, 52 derart eingespannt ist, daß sich eine definierte Flexibilität des frei über die Sicherungsscheiben 50, 52 vorstehenden Randes des scheibenförmigen Verschlußelements 48 ergibt. Bei nichterregtem Elektromagneten 44 hat der Rand des scheibenförmigen Verschlußelements 48 von der Stirnfläche des hülsenförmigen äußeren Elementes 38a des Schließglieds 38, wie in Fig. 2 gezeigt, einen ausreichenden Abstand d, um eine freie Druckluftströ­ mung durch den durchgehenden Druckluftkanal des Schließglieds 38 zu ermöglichen.

Bei Erregung des Elektromagneten 44 mit einem Erreger­ strom bewegt sich der Anker 46 in Richtung auf das Innere des Gehäuses, wobei der Hub des Ankers 46 derart begrenzt ist, daß das scheibenförmige Ver­ schlußelement 48 an der Stirnfläche des äußeren Elements 38a des Schließglieds 38 gerade mit sehr geringer Kraft anliegt. Wenn nunmehr das Drucksteuer­ ventil 18 an seinem Einlaß 30 mit Druckluft beauf­ schlagt wird, dann wirkt die Druckluft auf eine erste, kreisringförmige Fläche A1 ein. Diese ist an ihrem äußeren Rand durch die Wulst 38e des Schließgliedes 38 definiert; ihr innerer Rand liegt zwischen den Durch­ messern des äußeren Elementes 38a des Schließgliedes 38 und der oberen Sicherungsscheibe 50 des Verschluß­ elementes 48. Aufgrund des auf die erste Fläche A1 einwirkenden Druckes erfolgt bei Erreichen eines vorgegebenen Druckpegels entgegen der Kraft der Vorspannfeder 42 ein Öffnen des Schließglieds 38 bzw. ein Abheben der Wulst 38e desselben von dem Ventil­ sitz 34. Der mit dem Abheben des Schließglieds 38 bzw. dem Öffnen des Drucksteuerventils 18 verbundene Druck­ anstieg auf der Druckauslaßseite wird nunmehr an einer zweiten Fläche A2 wirksam, die durch den Durchmesser des becherförmigen inneren Elements 38b des Schließ­ glieds 38 definiert ist. Bei einem vorgegebenen Druck auf der Druckausgangsseite des Drucksteuerventils 38 wird dabei die auf die zweite Fläche A2 aufgrund des Druckes einwirkende Kraft größer als die Vorspannkraft der Feder 42, so daß das Drucksteuerventil 18 bei ein­ geschaltetem Elektromagneten 44 voll öffnet und der Druck am Auslaß 32 dem Druck am Einlaß 30 direkt folgt. Zu diesem Zeitpunkt kann dann auch der Elektro­ magnet 44 wieder abgeschaltet werden, um am Ende des Bremsvorganges ein problemloses Entlüften des Bremszy­ linders zu ermöglichen.

In Fig. 3 ist die Verknüpfung zwischen dem Druck P1 auf der Druckeingangsseite und dem Druck P2 auf der Druckausgangsseite in Form eines schematischen Diagramms dargestellt. Man erkennt, daß der Druck P1 zu Beginn eines Bremsvorganges zunächst einen vorge­ gebenen Wert erreichen muß, der dem Punkt A der dargestellten Kurve entspricht, und daß bis zum Erreichen des Druckwertes A des Druckes P1 auf der Druckeingangsseite der Druck P2 auf der Druckaus­ gangsseite Null bleibt. Bei weiter ansteigendem Druck p1 auf der Druckeingangsseite steigt der Druck p2 auf der Druckausgangsseite überproportional, d. h. steiler als die 45°-Gerade bis zu einem Kurven­ punkt bzw. Druckwert B, bei dem der Eingangsdruck p1 und der Ausgangsdruck p2 zum ersten Mal während des Bremsvorganges den gleichen Wert haben, da die Vorspannkraft der Vorspannfeder 42 durch die von dem Ausgangsdruck an der Fläche A2 erzeugte Gegenkraft vollständig kompensiert wird. Bei weiterem Anstieg des Eingangsdruckes p1 folgt der Ausgangsdruck p2 direkt dem Eingangsdruck p1, was in Fig. 3 aufgrund der Tatsache erkennbar ist, daß die den Eingangsdruck mit dem Ausgangsdruck verknüpfende Kurve nunmehr der 45°- Geraden folgt. Bei einer Vollbremsung steht also wieder der maximale von dem Bremsventil 14 durchge­ lassene Druck zur Verfügung, im übrigen ist das Durchmesser- bzw. Flächenverhältnis A1:A2 bei dem erfindungsgemäßen Drucksteuerventil 18 gemäß Fig. 2 das Maß für die Steigung der Kennlinie des Druckver­ lauf s von Punkt A nach Punkt B. Diese Kennlinie wird bei einer Bremsanlage mit einem Drucksteuerventil gemäß der Erfindung nach der Feststellung eines übermäßigen Bremsbelagverschleißes an dem betreffenden Rad bzw. an der betreffenden Achse vorzugsweise für eine vorgegebene Anzahl von auf einanderfolgenden Bremsungen durchfahren, um durch die Druckreduzierung bzw. den verminderten Bremsdruck den Verschleiß an der betreffenden Achse bzw. dem betreffenden Rad gegenüber dem Verschleiß an den übrigen Bremsbelägen zu reduzie­ ren, wobei die Anzahl der Bremsvorgänge sowie die Größe des Rückhaltedruckes in der Praxis vorab experi­ mentell ermittelt bzw. auf der Basis von Erfahrungs­ werten festgelegt werden. Nach Durchführung einer vorgegebenen Anzahl von Bremsungen mit verringertem Bremsdruck werden ferner vorzugsweise unabhängig vom Verschleißzustand der Bremsbeläge ein oder mehrere Bremsungen mit dem normalen Bremsdruck und ohne Betätigung des Magneten 44 durchgeführt, um der Gefahr zu begegnen, daß nach einer größeren Anzahl von Brem­ sungen mit reduziertem Druck, wie sie im praktischen Fahrbetrieb ohne weiteres auftreten können, ein Verglasen der Bremsbeläge und damit das Risiko einer geringeren Bremskraft bei einer erforderlichen Voll­ bremsung eintritt.

Claims (7)

1. Drucksteuerventil (18) für eine vom Verschleiß eines Bremsbelages abhängige Bremsdrucksteuerung in einer Druckluftbremsanlage (10) eines Fahrzeugs, mit einem Betriebsbremsventil (14) für die Druck­ einsteuerung von einer Druckquelle (12) zu minde­ stens einem Radbremszylinder (22a, 22b), mit wenigstens einem Sensor (28) zur Erzeugung eines der Dicke des Bremsbelages entsprechenden Verschleißsignals und
mit einem Steuergerät (24) zum Steuern des Druck­ steuerventils (18), welches ein mittels eines Elektromagneten (44) betätigbares Schließglied (38) zwischen einer bremsventilseitigen Druckein­ gangsseite (Einlaß 30) und einer bremszylindersei­ tigen Druckausgangsseite (Auslaß 32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (38) als federnd gegen einen Ventilsitz (34) vorgespann­ tes Schließglied mit einem zwischen der Druckein­ gangsseite (Einlaß 30) und der Druckausgangsseite (Auslaß 32) durchgehenden Druckluftkanal ausgebil­ det ist, daß ein Verschlußelement (48) vorgesehen ist, welches durch den Elektromagneten (44) bezüg­ lich des Druckluftkanals in eine Schließstellung und eine Offenstellung bewegbar ist, um den Druck­ luftkanal zu schließen bzw. zu öffnen, und daß das Ventilschließglied (38) zwei Flächen definiert, von denen die eine Fläche (A1) bei geschlossenem Druckluftkanal entgegen der Federvorspannung mit der Druckdifferenz zwischen der Druckeingangsseite (Einlaß 30) und der Druckausgangsseite (Auslaß 32) beaufschlagbar ist und von denen die andere Fläche (A2) bei geschlossenem Druckluftkanal und von dem Ventilsitz (34) abgehobenen Ventilschließglied (38) zur Kompensation der Federvorspannung mit dem Druck auf der Druckausgangsseite (Auslaß 32) beufschlagbar ist, wobei das Flächenverhältnis (A1 : A2) der beiden Flächen (A1, A2) zueinander entsprechend einer gewünschten Steigung der Einlaßdruck/Auslaßdruck-Kurve ausgewählt ist.

2. Drucksteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schließglied (38) ein hülsenför­ miges äußeres Element (38a), ein becherförmiges inneres Element (38b) und ein zwischen diesen beiden Elementen (38a, 38b) angeordnetes, mit einer durchgehenden, zu dem Druckluftkanal gehörenden Öffnung versehenes Verbindungsstück (38c) sowie eine umlaufende, mit dem Ventilsitz (34) zusammen­ wirkende Dichtwulst (38e) aufweist, daß der Durch­ messer des äußeren Elements (38a) die eine Fläche (A1) definiert, daß der Durchmesser des inneren Elements (38b) die andere Fläche (A2) definiert, und daß das der Druckeingangsseite (Einlaß 30) zugewandte Ende des äußeren Elements (38a) durch das Verschlußelement (48) dichtend verschließbar ist.

3. Drucksteuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (48) als tellerförmiges flexibles Verschlußelement (48) ausgebildet ist.

4. Drucksteuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verschlußelement (48) durch eine Gummischeibe gebildet ist, die zwischen Sicherungs­ scheiben (50, 52) derart eingespannt ist, daß sich eine definierte Flexibilität des über die Siche­ rungsscheiben (50, 52) vorstehenden Randes der Scheibe ergibt.

5. Drucksteuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verschlußelement (48) beim Entlüften des mindestens einen Radbremszylinders (22a, 22b) bei geringen Druckdifferenzen zwischen Auslaß (32) und Einlaß (30) vom äußeren Element (38a) des Schließgliedes (38) abgehoben ist.

6. Drucksteuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das becherförmige innere Element (38b) dichtend in einer buchsenförmigen Fassung (18.12) eines Gehäuseteils geführt ist, die einen Hohlraum definiert, der über eine Entlüftungsöff­ nung (40) mit der Umgebungsluft in Verbindung steht.

7. Drucksteuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Federvorspannung für das Schließ­ glied (38) mittels einer Vorspannfeder (42) erzeugt wird, die die buchseförmige Fassung (18, 12) um­ gibt und sich einerseits an dem Gehäuseteil (18.1) und andererseits an dem Verbindungsstück (38c) des Schließglieds (38) abstützt.