-
Bremsventil für Druckmittelbremsen in Kraftfahrzeugen, insbesondere
Lastzügen Die Erfindung betrifft ein den Druck in einer bei Drucksenkung in Tätigkeit
tretenden Druckmittelbremsanlage bestimmendes Bremsventil, dessen Schließkörper
durch eine Speicherkraft in Fahrstellung gehalten und durch ein diese überwindendes
willkürlich bewegtes Glied in Bremsstellung gebracht wird, und mit einem auf den
Schließkörper verschiebbar aufgesetzten Kolben, der auf einer Seite unter dem Druck
der Vorratsluft, auf der anderen Seite unter einem beim Fahren diesem gleichen,
beim Bremsen aber abnehmenden Steuerdruck steht und bei abnehmendem Steuerdruck
sich gegen einen an dem Schließkörper befindlichen Anschlag legt.
-
Es ist ein derartig ausgebildetes Anhängerbremsventil bekannt, das
vom Druck in einer hydraulischen Zugwagenbremse betätigt wird und schon vor dem
Öffnen eine nicht unbeträchtliche Kraft zum Bewegen des Schließkörpers verlangt.
Diese Kraft steigt noch vor dem Beginn der Bremswirkung durch das Schließen eines
Auslasses sprunghaft an, zeigt aber keine merkliche Vergrößerung beim Einsetzen
der Bremswirkung.
-
Ein solches Ventil mag zwar für den bekannten Zweck genügen, ist aber
nicht geeignet zum Beeinflussen der Zugwagenbremse. Die notwendige Betätigungskraft,
die schon bis zum Beginn des Bremsens aufzubringen ist, würde den Fahrer ermüden;
auch könnte er den Beginn der Bremsung nicht an der Reaktionskraft feststellen -
er würde im Gegenteil durch die an anderer Stelle auftretende Druckstufe irregeführt.
Es
sind auch Bremsventile bekannt, bei denen ein mit dem Schließkörper fest verbundener,
einerseits unter Vorratsdruck, andererseits unter Steuerdruck stehender Kolben über
einen Hebel mit einem die Motorwagenbremse betätigenden Kolben verbunden und von
einer schwachen Feder in Schließstellung gehalten wird. Der Augenblick, in dem die
Bremswirkung beginnt, ist dabei nicht deutlich spürbar; die vom Fahrer aufzuwendende
Kraft steigt gleichmäßig an, ist also schon bei verhältnismäßig schwacher Bremsung
recht groß, so daß der Fahrer rasch ermüdet.
-
Diese Nachteile werden nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß die
Speicherkraft in der Fahrstellung und während der ersten Bremsstufen mit geringer
Verzögerung allein von einer verhältnismäßig schwachen Feder ausgeübt wird, und
daß auf das Schließglied in der Fahrstellung, aber nur bis zum Beginn des Bremsens,
Kräfte wirken, welche diese Federkraft mindestens teilweise aufheben, so daß der
Beginn der Bremsung durch eine sprunghafte Zunahme der Reaktionskraft am Betätigungshebel
spürbar ist.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von bekannten Bremsventilen
für Druckluft-Lastzugbremsung einem Bremsventil nach der Erfindung gegenübergestellt,
und zwar zeigt Fig. I eine erste bekannte Ausführung, Fig. 2 eine weitere bekannte
Ausführung und Fig.3 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, während in den
Schaubildern nach Fig. 4 bis 7 die Kräfteverhältnisse der dargestellten Ausführungsformen
erläutert sind.
-
Bei der Bauart nach Fig. I ist im Ventilgehäuse I als Schließkörper
ein an beiden Enden offenes Rohr 2 verschiebbar; es ist in einer Zwischenwand 3
geführt. Das rechte Ende des Rohres 2 ragt in der dargestellten Lage in eine Druckkammer
4, die über eine Leitung 5 mit einem nicht dargestellten Druckluft-Vorratsbehälter
verbunden ist. Das genannte Rohrende liegt dabei an einem Ventilteller 6, der von
einer Schließfeder 7 belastet ist. Der Ventilteller 6 kann sich in einer anderen
Stellung des Rohres 2 gegen einen Sitz 8 legen, der die linke Grenze des Druckraums
4 bildet. Ein Kolben 9 ist an dem Rohr 2 befestigt und gegen das ihn umgebende Gehäuse
abgedichtet; er steht auf seiner rechten Seite unter dem Steuerdruck, da sich dieser
links des Ventilsitzes 8 bildet und die Wand 3 Durchlaßöffnungen IO enthält. Das
linke, ins Freie offene Ende des Rohres 2 trägt einen Federteller II ; zwischen
dieen und das Gehäuse I ist eine Speicherfeder I2 ein-;espannt. An dem linken Ende
des Rohres II ist außerdem eine Ringnut I3 vorgesehen, in welche :in Schwinghebel
I4 greift. Dieser Hebel ist drehbar mit einer Zugstange I5 verbunden, die ihrerseits
an einem Bremspedal I6 angelenkt ist, das sich um eine am Fahrzeug feste Achse I6'
dreht.
-
Mit dem Bremsventil, das aus den beschriebenen Teilen I bis I3 besteht,
ist ein Bremszylinder I7 zuammengebaut. Dieser enthält einen Bremskolben 8 und ist
links dieses Kolbens durch eine Leitung 9 mit dem Druckraum 4, rechts des Kolbens
18 durch eine Leitung 2o mit dem Raum links des Ventilsitzes 8 verbunden. Von dem
rechten Teil des Bremszylinders 17 geht eine Steuerleitung 21 zu dem Bremsventil
eines Anhängers. An dem Kolben 18 ist eine Kolbenstange22 befestigt; sie ist rechts
desselben aus dem Bremszylinder 17 herausgeführt und betätigt mit diesem Ende eine
nicht dargestellte Bremseinrichtung (z. B. eine öldruckbremse) für den Motorwagen.
Das linke Ende dieser Kolbenstange ist mit dem Schwinghebel 14 gelenkig verbunden.
Der Kolben trägt auf seiner linken Seite einen Hals 23, der in der linken Stirnwand
des Bremszylinders 17 dichtend geführt ist. Zwischen den Kolben 18 und die rechte
Stirnwand des Bremszylinders ist eine Druckfeder 24 eingespannt.
-
Die Arbeitsweise dieser Ausführung sei an Hand der Fig.4 erläutert.
Bei diesem Schaubild sind in senkrechter Richtung (bezeichnet mit p) der Steuerdruck
in at und die Druckkraft auf das Rohr 2 in kg aufgetragen. In waagerechter Richtung
(bezeichnet mit s) ist der Weg des Rohres :2 aufgetragen bzw. die diesem Weg bei
einer gleichmäßigen Bremsung entsprechende Zeit. Unter gleichmäßiger Bremsung soll
eine Bremsung verstanden werden, bei welcher der Steuerdruck gleichmäßig bis auf
Null abnimmt. Die Verhältnisse bei unterbrochener oder ungleichmäßiger Bremsung
lassen sich daraus ableiten, sind jedoch für das Verständnis der Erfindung nicht
wesentlich und werden deshalb nicht eingehend beschrieben.
-
In der Fahrstellung nach Fig. i ist der Steuerdruck (Linie a der Fig.
4) gleich dem Vorratsdruck. Er wirkt deshalb auf das Rohr 2 durch Druck auf den
Kolben 9 und auf die rechte Endfläche des Rohres so ein, daß er es nach links zu
schieben sucht. Diese Reaktionskraft ist als Linie b dargestellt. Sie wird unterstützt
von der Kraft der Schließfeder 7, die, zu Linie b hinzugefügt, die Linie c ergibt.
Diese Kräfte werden in der Fahrstellung ausgeglichen durch die Kraft der Speicherfeder
12 (Linie d). Zum Bremsen muß das Rohr 2 nach links geschoben werden. Dabei bleibt
zunächst der Steuerdruck a gleich, deshalb auch die Reaktionskraft b; die Schließfeder
7 verlängert sich, ihre Kraft nimmt also ab, während die Speicherfeder 12 zusammengedrückt
werden muß, wobei ihre Kraft zunimmt. Die Betätigungskraft gleicht diese Kräfte
wieder aus. Im Schaubild wird sie dargestellt als Unterschied der auseinandergehenden
Linien c und d und ist nochmals vom Nullpunkt der p-Achse aus aufgetragen als Linie
e. Sie wird vom Fahrer durch Druck auf das Bremspedal 16 aufgebracht und über die
Zugstange 15 und den Schwinghebel 14 an das Rohr 2 geleitet. Diese Verhältnisse
gelten, bis sich die Platte 6 auf den Ventilsitz 8 legt. Bewegt man das Rohr 2 weiter
nach links, so wird der Druck der Schließfeder 7 von dem Ventilsitz 8 aufgenommen,
wirkt also nicht mehr auf das Rohr 2; Linie c hört deshalb auf. Auch die auf das
Ende des Rohres 2 wirkende Reaktionskraft fällt weg, da sich dieses Ende von der
Platte 6 abhebt und Luft durch das Rohr 2 nach links ins Freie abströmt. Linie b
fällt deshalb nach unten bis auf einen Wert, welcher der Kraft
des
noch nicht abgefallenen Steuerdrucks auf den Kolben 9 entspricht (Punkt B). Da nunmehr
aber Luft aus dem Raum links des Ventilsitzes 8 ins Freie entweicht, sinkt der Steuerdruck;
das Rohr 2 soll so bewegt werden, daß er gleichmäßig bis zum Wert Null abfällt.
Die Linie a führt also geradlinig bis zur s-Achse (Punkt A). Verhältnisgleich dazu
fällt auch der Reaktionsdruck auf den Kolben 9, die Linie b trifft also die s-Achse
ebenfalls im Punkt A. Durch die Bewegung des Rohres 2 nach links steigt die Kraft
der Speicherfeder 12 weiter an, entsprechend der Charakteristik dieser verhältnismäßig
kräftigen Feder; der Unterschied zwischen den Kräften d und b muß von der Betätigungskraft
e aufgebracht werden. Sie steigt deshalb in dem Augenblick, wo die Reaktionskraft
b auf den Punkt B abfällt, plötzlich an zu Punkt E und von dort weiter,
bis sie oberhalb des Punktes A in die Linie d übergeht, d. h. allein die Kraft der
Speicherfeder I2 zu überwinden hat (Punkt D). Die Zusammensetzung der Kräfte ist
im Schaubild durch Pfeile angedeutet, die wie die Linien bezeichnet sind; nach oben
zeigende Pfeile bedeuten nach links, nach unten zeigende umgekehrt gerichtete Kräfte.
-
Ist der Vorratsdruck, und damit auch der Steuerdruck, geringer, so
liegt die Linie b tiefer, der Unterschied von dieser bzw. der Linie c zur Linie
d ist größer, d. h. die Betätigungskraft muß größer sein (Linie f), und das Rohr
2 ist in Fahrstellung mehr nach rechts verschoben, so daß der Weg bis zum Ansprechen
des Ventils, d. h. bis zum beginnenden Abfall des Steuerdrucks, größer ist. Ist
der Vorratsdruck außergewöhnlich groß, so geschieht das umgekehrte, so daß die gefühlsmäßige
Bedienung der Bremse erschwert ist.
-
Der Bremskolben 18 steht links unter dem Vorratsdruck, rechts unter
dem Steuerdruck und dem Druck der Feder 24. Gleichsinnig mit dem Vorratsdruck wirkt
eine Kraft von dem Schwinghebel 14 aus auf die Kolbenstange 22 und den Bremskolben
18 ein, die verhältnisgleich der Betätigungskraft des Bremsventils (Linie e von
Fig. 4) ist. Sie ist in der Fahrstellung gleich Null, der Kolben ist dabei auf beiden
Seiten dem gleichen Druck ausgesetzt. Da seine unter Druck stehende Fläche auf der
linken Seite kleiner ist als die rechte, wird der Bremskolben in seiner linken Endstellung
gehalten, unterstützt auch von der Wirkung der Druckfeder 24.' Wird gebremst, so
nimmt der Steuerdruck ab; dies wirkt über die Steuerleitung 2I auf den Anhänger
und löst dort die Bremse aus. Nach weiterem Abfallen des Steuerdrucks gelingt es
dem Vorratsdruck, unterstützt von der am Schwinghebel 14 ausgeübten Kraft, den Bremskolben
nach rechts zu schieben und so auch den Motorwagen zu bremsen. Das Nacheilen der
Motorwagenbremse hängt also auch von der Betätigungskraft ab und ändert sich, wenn
diese schwankt (z. B. nach Linie f statt nach Linie e verläuft).
-
Hört die Einwirkung der Betätigungskraft auf, so verschiebt die Speicherfeder
I2 das Rohr 2 wieder nach rechts, hebt mit seiner Hilfe die Platte 6 von ihrem Sitz
und läßt wieder Druckluft auf den Kolben 9, die rechte Seite des Bremskolbens 18
und in die Leitung 2I strömen, so daß wieder die Fahrstellung erreicht wird.
-
Die Ausführungsform nach Fig. 2 weicht von der Ausführung nach Fig.
I in folgendem ab: In dem Gehäuse I ist durch eine Wand 25, durch welche das Rohr
2 luftdicht geführt ist, ein Druckraum 26 geschaffen, der durch eine Leitung 27
mit. der Leitung 5 und damit der Vorratsluft verbunden ist. Auf dem Rohr 2 sitzt
ein Kolben 28, der gegen einen Überdruck von dem Druckraum 26 her abgedichtet ist.
Zwischen den Federteller II und das Gehäuse I ist eine Speicherfeder 29 gespannt,
die wesentlich schwächer ist als die Speicherfeder 12 des Beispiels nach Fig. I.
Die übrigen Teile dieser Ausführungsform stimmen mit den dort beschriebenen überein.
Das Kräftespiel beim Bremsen ist in Fig. 5 dargestellt Die Reaktionskraft b und
die Kraft c der Schließfeder 7 sind dieselben wie in Fig. q.. Diesen Kräften entgegen
wirkt jedoch jetzt der Druck der Vorratsluft auf den Kolben 28 (Linie g)
und der dazu summierte Druck der Speicherfeder 29 (Linie h). In der Fahrstellung
gleichen sich diese Kräfte aus. Wird das Rohr 2 nach links bewegt, so vergrößert
sich die von der Speicherfeder 29 ausgeübte Kraft h, aber nicht so stark wie im
vorhergehenden Beispiel, da die Speicherfeder 29 weicher gehalten werden kann als
dort. Die Betätigungskraft i ist gleich dem Abstand zwischen den Linien c bzw. b
und h. Der Bremsvorgang soll sich ebenso abspielen, wie oben beschrieben, so daß
der Steuerdruck a vom Öffnen des Rohres 2 ab gleichmäßig sinkt. Die Betätigungskraft
i verläuft ähnlich der Betätigungskraft e von Fig. q., nur um ein Maß tiefer, das
der geringeren Steilheit der Linie h (Federsteifigkeit) gegenüber der Linie d entspricht.
Ändert sich der Druck der Vorratsluft, so verschieben sich die Linien a, g und b
im gleichen Sinn, die Betätigungskraft i verändert sich deshalb nicht merklich.
Dadurch bleibt auch der Druck- bzw. Zeitunterschied gleich, mit dem die Bremsen
von Anhänger und Motorwagen ansprechen, wie auch der Weg des Bremspedals 16 bis
zu diesen Zeitpunkten.
-
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung nach Fig. 3 ist an dem Rohr :2
lediglich ein Anschlag 30 befestigt, während ein Kolben 31 verschiebbar, aber luftdicht
auf dem Rohr :2 gleitet. Der links von ihm befindliche Druckraum 26 ist durch eine
Leitung 32 mit der Leitung i9 und daher mit der Vorratsluft verbunden. Rechts des
Kolbens 31 befindet sich eine Kolbenfeder 33, welche sich an der Wand 3 abstützt
und den Kolben 31 gegen einen an der Wand 25 befestigten ringförmigen Anschlag 34
drückt. Zwischen den Federteller i i des Rohres 2 und das Gehäuse i ist diesselbe
Speicherfeder wie in Fig. 2 eingesetzt; auch die übrigen Teile der Anordnung sind
dieselben wie in Fig. 2.
-
Die Vorgänge beim Bremsen werden an Hand der Fig. 6 erläutert. Der
Steuerdruck soll wiederum nach der Linie a verlaufen. In der Fahrstellung befindet
sich die Anordnung in der Lage nach Fig. 3. Auf das Rohr 2 wirkt nach links der
Druck der Vorratsluft
auf das innere Rohrende (Linie h), dazu die
Kraft l der Schließfeder 7. Ihnen wird das Gleichgewicht gehalten durch die Speicherfeder
29, deren Kraft durch m dargestellt ist. Soll das Rohr nach links verschoben werden,
so nimmt m zu, Z nimmt ab, der Unterschied muß von der Betätigungskraft n aufgebracht
werden.
-
Hat sich die Platte 6 auf den Ventilsitz 8 gelegt und wird das Rohr
2 von ihr abgehoben, so wirkt nur noch die Speicherfeder 29 auf das Rohr 2, ausgeglichen
durch die Betätigungskraft (Punkt N). Der Steuerdruck a fällt dabei ab, die Bewegung
des Rohres setzt sich eine gewisse Strecke fort, wobei in und n gleich ansteigen.
-
Auf den Kolben 3I wirkt nach rechts der Druck der Vorratsluft g, nach
links der Steuerdruck mit der Kraft q, die in der Fahrstellung gleich g ist. Weiter
wirkt auf den Kolben nach links die Kraft r der Kolbenfeder 33. Sie drückt ihn mit
einer bestimmten Spannung, welche durch den Abstand zwischen den Linien
q und r dargestellt ist, gegen den Anschlag 34, auch noch nachdem
der Steuerdruck zu sinken begonnen hat. Dies bleibt in Fahrstellung und bei Bremsbeginn
so, bis die Summe der Kräfte von Steuerdruck und Kolbenfeder 33 gleich der Kraft
des Vorratsdrucks ist (Punkt G). Fällt der Steuerdruck weiter, so verschiebt der
Vorratsdruck den Kolben 31 nach rechts, wobei die Kolbenfeder 33 gespannt, also
die Kraft r vermehrt wird, bis sich der Kolben 31 gegen den Anschlag 30 legt (Punkt
R). Von diesem Zeitpunkt ab wirken alle Kräfte auf das Rohr 2. Die Linie der Kraft
m der Speicherfeder hört deshalb unterhalb des Punkts R auf (Punkt M) und setzt
sich darüber, vermehrt um den Vorratsdruck g, fort. Diesen beiden wirken entgegen
die Kräfte des Steuerdrucks q, der Kolbenfeder g und die Betätigungskraft n, die
dem Abstand der Linien m und g entspricht und vom Punkt M an stark ansteigt. Ist
der Steuerdruck a ganz abgefallen (Punkt A), so wird die Betätigungskraft immer
noch von der Kolbenfederkraft r unterstützt; so erreicht die Linie n erst nach einer
weiteren Bewegung des Rohres s die Linie m und geht in diese über. Die Betätigungskraft
hängt dabei, wie bei der vorhergehenden Ausführung, nicht von der Höhe des Vorratsdrucks
ab.
-
In Fig.7 ist die Betätigungskraft bei den verschiedenen Ausführungen
einander gegenübergestellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß die Betätigungskraft
n der Ausführung nach Fig. 3 gegenüber den Kräften e, f und i bei Beginn der Bremsung
am langsamsten ansteigt. Dies bedeutet, daß der Fahrer bei dieser Ausführung am
wenigsten Kraft aufbringen muß, um den Steuerdruck auf einen bestimmten Wert zu
senken, bei dem auch der Bremskolben 18 und damit die Motorwagenbremse anspricht.
Dies entlastet bei den besonders häufigen leichten Bremsungen den Fahrer außerordentlich.
Außerdem wird die Nacheilung der Motorwagenbremse nur wenig von dieser langsam ansteigenden
Betätigungskraft beeinflußt. Von dem Punkt M ab steigt die Betätigungskraft stärker
an; dadurch wird ein unwillkürlich zu starkes Bremsen verhindert, andrerseits der
Motorwagen stärker zum Bremsen herangezogen durch den unmittelbaren Druck des Schwinghebels
14 auf den Bremskolben 18. Ist der Steuerdruck auf Null gefallen (Punkt A),
so steigt bei den bekannten Ausführungen e, f und i
die Betätigungskraft
wieder langsamer an, während die Kraft za noch ein Stück weiter im selben Maßstab
zunimmt, so das Überschreiten dieses Punktes erschwert und noch stärker zunehmend
auf die Motorwagenbremse wirkt.
-
Der Punkt M kann an eine beliebige Stelle der Linie m gelegt werden,
indem man eine entsprechend abgestimmte Kolbenfeder 33 wählt; das gleiche Ventil
kann also durch Auswechseln dieser Feder für verschiedene Betriebsbedingungen, d.
h. vor allem für verschieden großes Nacheilen der Motorwagenbremse, eingestellt
werden.
-
Statt der Kolben 28 und 3 1 können auch jeweils zwei
Kolben mit verschiedenen Flächen vorgesehen werden, so daß ein Kolben mit kleinerer
Fläche unter dem Steuerdruck und ein zweiter, größerer Kolben unter dem Vorratsdruck
steht. Dadurch kann die Speicherfeder 29 entlastet werden.
-
Da der Kolben 31 kreisringförmig sein und an seinem inneren
und äußeren Umfang gleiten und abdichten soll, ist es zweckmäßig, ihn im wesentlichen
als ringförmige Manschette mit U-förmigem Querschnitt auszubilden und die Schenkel
dieses U als Dichtlippen an dem Gehäuse bzw. dem Schließkörper anliegen zu lassen.
Da der in dem Raum 26 herrschende Vorratsdruck stets gleich oder größer ist als
der auf der anderen Seite herrschende Druck, muß die offene Seite des U dem Vorratsdruck
zugekehrt werden. Um die Dichtlippen zu schonen, wird der am Gehäuse z angebrachte
Anschlag so ausgebildet, daß er bei Annäherung der Manschette in die U-Form hineingreift,
so daß er in der Fahrstellung die Manschette im Grund des U berührt und stützt.