EP4655184A1 - Wechselventil mit pneumatischer vorzugsstellung - Google Patents

Wechselventil mit pneumatischer vorzugsstellung

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Publication number
EP4655184A1
EP4655184A1 EP24700042.5A EP24700042A EP4655184A1 EP 4655184 A1 EP4655184 A1 EP 4655184A1 EP 24700042 A EP24700042 A EP 24700042A EP 4655184 A1 EP4655184 A1 EP 4655184A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compressed air
valve body
air inlet
primary
end position
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24700042.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Müller
Robert Otremba
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF CV Systems Europe BV
Original Assignee
ZF CV Systems Europe BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF CV Systems Europe BV filed Critical ZF CV Systems Europe BV
Publication of EP4655184A1 publication Critical patent/EP4655184A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T15/00—Construction arrangement, or operation of valves incorporated in power brake systems and not covered by groups B60T11/00 or B60T13/00
    • B60T15/02—Application and release valves
    • B60T15/04—Driver's valves
    • B60T15/16—Arrangements enabling systems to be controlled from two or more positions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60T15/02—Application and release valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/028—Shuttle valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/04—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only lift valves
    • F16K11/044—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only lift valves with movable valve members positioned between valve seats
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K27/02—Construction of housing; Use of materials therefor of lift valves
    • F16K27/0263—Construction of housing; Use of materials therefor of lift valves multiple way valves
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    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
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    • F16K31/36—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor
    • F16K31/363—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor the fluid acting on a piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/885—Control specific to the type of fluid, e.g. specific to magnetorheological fluid
    • F15B2211/8855—Compressible fluids, e.g. specific to pneumatics

Definitions

  • the invention relates to a shuttle valve for a pneumatic system with a valve housing with a primary compressed air inlet, a secondary compressed air inlet and a compressed air outlet, and a valve body which is movably arranged in the valve housing and which can be moved between a first end position in which the primary compressed air inlet is connected to the compressed air outlet, and a second end position in which the secondary compressed air inlet is connected to the compressed air outlet.
  • the invention further relates to a pneumatic brake arrangement, a commercial vehicle and a use of a shuttle valve.
  • Shuttle valves also known as double check valves (DCV) or shuttle valves, are used to alternately connect two connections to a third connection, in particular two inlets to one outlet.
  • DCV double check valves
  • shuttle valves are designed in such a way that the higher of the pressure applied to the first and second or primary and secondary compressed air connections is passed through to the compressed air outlet.
  • the switching point of such shuttle valves is approximately in the area in which the pressure applied to the primary and secondary compressed air connections is approximately the same. It is precisely in this area that instabilities can occur, since the position of the valve body can be undefined when the pressures are the same.
  • valve body moves slowly, which in the worst case can cause the valve body to remain in the middle position for a longer period, in which the compressed air outlet is typically closed. This means that when changing the position of the valve body, the compressed air outlet may take a relatively long time to close, which is usually undesirable.
  • shuttle valves are known that have a preferred position. This is achieved by the valve element being preloaded into one of the two end positions by means of a spring. The disadvantage of this is that the pressure at one of the two compressed air inlets must always overcome the force of the spring in order to assume the other position. Another disadvantage is that such spring-loaded shuttle valves can tend to jam.
  • a shuttle valve of the type mentioned above is known from KR 101 234 623 B1.
  • the object of the present invention is to provide a shuttle valve which preferably has a pneumatically predetermined preferred position, has a switching point which is not at equally high pressures at the primary and secondary compressed air inlets, and is preferably simplified and reliable.
  • the invention solves the problem in a shuttle valve of the type mentioned at the outset by an overflow chamber in the valve housing, which is connected to an auxiliary control surface of the valve body, wherein the overflow chamber is depressurized at least in the first end position and is pressurized in at least one other position of the valve body for temporarily providing an auxiliary force to the valve body.
  • the invention is based on the finding that with the help of an auxiliary control surface on the valve body, which is only temporarily and preferably only pressurized in certain positions of the valve body in the valve housing, an auxiliary force can be applied to the valve body in these positions in order to move it into the desired position.
  • the overflow chamber is depressurized in certain positions so that no pressure acts on the auxiliary control surface, and pressurized in certain positions so that in these certain positions the auxiliary control surface is pressurized and the auxiliary force is provided.
  • the overflow chamber can have an overflow chamber inlet which is arranged between the primary or secondary compressed air inlet and the compressed air outlet.
  • the overflow chamber inlet can preferably be locked and unlocked by means of the valve body in order to be pressurized or not depending on the positions of the valve body. In this way, it is possible to prevent instabilities and to apply a specific load to the valve body and move it to certain positions by applying the auxiliary force in certain positions. In this way, a very rapid switchover between the first and second end positions can be achieved with a short closing time and with a short or eliminated settling time. In addition, a switching point of the shuttle valve can be shifted from pressure parity at the primary and secondary compressed air inlet to a higher pressure difference, which is necessary to move the valve body from one end position to the other.
  • Such a shuttle valve is particularly suitable for connecting a primary and a secondary circuit of a pneumatic braking system to a brake pressure modulator, such as a front axle modulator, rear axle modulator or a trailer control valve.
  • the primary circuit can be a main circuit, for example, and the secondary circuit an auxiliary circuit, for example.
  • the auxiliary circuit can be used in redundancy levels or fallback levels of the braking system, for example, and should normally be locked out.
  • the shuttle valve presented here then allows rapid switching at a certain pressure difference between the primary compressed air inlet and the secondary compressed air inlet with a short closing time.
  • the valve body further comprises a primary control surface and a secondary control surface, the primary control surface being connected to the primary compressed air inlet and the secondary control surface being connected to the secondary compressed air inlet. If the pressure at the primary compressed air inlet exerts a greater force on the valve body than the pressure at the secondary compressed air inlet, the valve body is accordingly moved to the first end position. Conversely, it can be provided that the valve body is moved to the second end position if the force acting on the piston due to the pressure at the secondary compressed air inlet is greater than the force on the valve body due to the pressure at the primary compressed air inlet.
  • the primary control surface is larger than the secondary control surface, preferably by at least 5%. Further preferably, the primary control surface is 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40% larger than the secondary control surface. It should be understood that this aspect of the invention is also disclosed and can be claimed independently of the solution mentioned at the outset.
  • a shuttle valve for a pneumatic system with a valve housing with a primary compressed air inlet, a secondary compressed air inlet and a compressed air outlet, and a valve body which is movably arranged in the valve housing and which can be moved between a first end position in which the primary compressed air inlet is connected to the compressed air outlet, and a second end position in which the secondary compressed air inlet is connected to the compressed air outlet, wherein the valve body has a primary control surface and a secondary control surface, wherein the primary control surface is connected to the primary compressed air inlet and the secondary control surface is connected to the secondary compressed air inlet, and wherein the primary control surface is larger than the secondary control surface.
  • the primary and secondary control surfaces are formed on two opposite end faces of the valve body, preferably parallel to one another.
  • the valve body is substantially rotationally symmetrical and has, for example, a cylindrical base body, so that the primary and secondary control surfaces in this case form axial end faces of the substantially cylindrical base body.
  • the overflow chamber is pressurized in the second end position.
  • the secondary compressed air inlet is connected to the compressed air outlet and the primary compressed air inlet is closed.
  • the primary control surface is preferably larger than the secondary control surface
  • the pressurization of the overflow chamber in the second end position can pressurize the auxiliary control surface in the second end position, so that in the second end position the auxiliary force acts on the valve body in the direction of the second end position and holds the valve body in the second end position, even though the primary control surface is larger than the secondary control surface.
  • the overflow chamber is preferably depressurized, so that the valve body is held in the first end position even at equal pressures at the primary and secondary compressed air inlets, due to the larger primary control area.
  • the overflow chamber is connected to the secondary compressed air inlet in the at least one other position of the valve body.
  • the overflow chamber is also connected to the secondary compressed air inlet in the second end position. This means that in the overflow chamber, in the at least one other position of the valve body and/or in the second end position, the pressure prevails at the secondary compressed air inlet and thus the same pressure that acts on the secondary control surface.
  • valve body can assume a closed position in which the primary compressed air inlet, the secondary compressed air inlet and the compressed air outlet are closed and overflow from the primary compressed air inlet to the secondary compressed air inlet and vice versa is prevented.
  • the shuttle valve can also be used for circuit separation and in circuit-separated structures of pneumatic brake systems.
  • other embodiments can also be provided in which no absolute closed position is provided, but rather one or more of the three closures are not completely closed even in a middle position of the valve body, and/or in which overflow from the primary to the secondary compressed air inlet and vice versa is explicitly permitted.
  • auxiliary control surface is only effective between the closed position and the second end position. In this way, it can be ensured that the valve body is moved from the first end position into the closed position and then quickly from the closed position into the second end position.
  • the auxiliary control surface preferably becomes effective as soon as the valve body is in the closed position, or shortly thereafter, or shortly before. As a result, the auxiliary force becomes effective when the closed position is entered and the valve body is accelerated due to the auxiliary force suddenly becoming effective and quickly moved into the second end position. This makes it possible to keep the closed position as short as possible and thus also to keep the pressure drop at the compressed air outlet as short as possible. This can increase the availability of a braking system in which the shuttle valve according to the invention is used.
  • the shuttle valve has a leakage bore that connects the overflow chamber to the environment.
  • the leakage bore preferably connects the overflow chamber to a vent, preferably a vent of a brake module, in the event that the shuttle valve is arranged on or in a brake module.
  • the leakage bore serves to vent the overflow chamber when the valve body is moved to the first end position, and thus to enable the valve body to be completely moved to the first end position.
  • the leakage bore preferably has a throttle.
  • the valve body has at least one first radial seal for radially sealing the valve body against the valve housing.
  • the valve body has at least one second radial seal for radially sealing the valve body against the valve housing.
  • the valve body is preferably formed substantially rotationally symmetrically, wherein it has a section with a larger diameter to form the primary control surface and a section with a smaller diameter to form the secondary control surface.
  • At least one radial seal is preferably provided both in a section with a larger diameter and in a section with a smaller diameter.
  • the radial seal can comprise a sealing ring. A shoulder between the smaller diameter region and the larger diameter region can form the auxiliary control surface.
  • a guide is also provided for at least partially guiding the valve body between the first and second end positions.
  • the guide can be, for example, a cage in which the valve body can be moved back and forth between the end positions, the cage having at least partially radial openings to enable the overflow chamber to be pressurized.
  • the guide can also be a grid, a net or the like, which guides the valve body radially.
  • Other alternatives are a slot in the valve housing, in which a pin engages, or vice versa, a pin on the valve housing, which engages in a slot on the valve body, as well as axially provided projections or rods or webs which engage in corresponding guides.
  • a pressure difference between the primary compressed air inlet and the secondary compressed air inlet for causing the valve body to change from the first end position to the second end position is in a range of 1.5 bar to 5 bar, preferably 2 to 4 bar, more preferably 2.5 to 4 bar.
  • a particularly preferred range can be 3.5 bar, for example.
  • Typical working pressures in pneumatic brake systems are between 10.5 and 12.5 bar, so that a difference of 3.5 bar accounts for around 25 to 35% of the working pressure. This can prevent the shuttle valve from switching due to small pressure fluctuations, for example in the 5 to 10% range.
  • a pneumatic brake arrangement with a pneumatic brake module with at least one pneumatic supply or control connection and at least one pneumatic working connection for providing the brake pressure, and a shuttle valve according to one of the above-described preferred embodiments of a shuttle valve according to the first aspect of the invention, wherein the compressed air outlet of the shuttle valve is connected to the supply or control connection of the pneumatic brake module.
  • the pneumatic brake module can be, for example, a front axle modulator, rear axle modulator, additional axle modulator, parking brake modulator or trailer control module, which provides a brake pressure for one of the axles or a trailer at the working connection.
  • brake modules in a pneumatic brake system can be supplied at a supply connection via a first and a second circuit in order to increase redundancy and thus residual availability.
  • the invention solves the problem mentioned above by a commercial vehicle with a pneumatic brake system and a pneumatic brake arrangement according to the above-described preferred embodiment of a brake arrangement according to the second aspect of the invention.
  • the pneumatic brake arrangement according to the second aspect of the invention and the commercial vehicle according to the third aspect of the invention have the same and similar sub-aspects as are particularly set out in the dependent claims. In this respect, reference is made in full to the above description.
  • the invention solves the problem in a fourth aspect by using a shuttle valve according to one of the above-described preferred embodiments of a shuttle valve according to the first aspect of the invention for connecting a primary compressed air circuit and a secondary compressed air circuit to a pneumatic brake module.
  • the primary compressed air circuit is preferably a main circuit and the secondary compressed air circuit is preferably an auxiliary circuit.
  • the main circuit is preferably assigned to an operating level of the brake system, while the auxiliary circuit is assigned to a redundancy level of the brake system.
  • Fig. 1 is a cross-section through a shuttle valve according to the invention
  • Fig. 2 shows the cross section of the shuttle valve according to Fig. 1 with the valve body in the first end position
  • Fig. 3 the shuttle valve according to Fig. 1 with the valve body in a closed position
  • Fig. 4 the shuttle valve according to Fig. 1 with the valve body in an intermediate position between the second end position and the closed position;
  • Fig. 5 the shuttle valve according to Fig. 1 with the valve body in the second end position
  • Fig. 6 the shuttle valve according to Fig. 1 with the valve body in an intermediate position between the closed position and the first end position;
  • Fig. 7 a time-pressure diagram for the shuttle valve
  • Fig. 8 a commercial vehicle with a pneumatic brake arrangement and a shuttle valve.
  • a shuttle valve 1 for a pneumatic system such as a pneumatic brake arrangement 100 (see Fig. 8) has a valve housing 2, which is essentially rotationally symmetrical here, and therefore only the upper part with respect to a central axis A is shown in the figures.
  • the valve housing and thus the shuttle valve 1 do not necessarily have to be rotationally symmetrical. and can, for example, have a rectangular or polygonal cross-section.
  • a valve chamber 4 is formed in the valve housing 2, in which a valve body 6 is movably arranged. Specifically, the valve body 6 is movably movable between a first end position EL1, which is shown in Fig. 1, and a second end position EL2, which is shown in Fig. 5. Between the first and second end positions EL1, EL2, the valve body can assume several other positions, as will be described in more detail below.
  • the valve housing 2 has three connections, namely a compressed air outlet 8, a primary compressed air inlet 11 and a secondary compressed air inlet 12.
  • the shuttle valve 1 serves to alternately connect the primary compressed air inlet 11 or the secondary compressed air inlet 12 to the compressed air outlet 8.
  • the compressed air outlet 8 can, for example, be connected to a pneumatic consumer and the primary and secondary compressed air inlets 11, 12 can be connected to different pressure sources, as will be described in more detail later.
  • the secondary compressed air inlet is
  • the valve body 6 can be rotationally symmetrical and in this case is stepped. This means that the valve body 6 has a larger diameter part and a smaller diameter part, as can be seen in particular in Fig.1. On the larger diameter part of the valve body 6, it has a primary control surface
  • the primary and secondary control surfaces 13, 14 are arranged on opposite end faces of the valve body 6.
  • the primary control surface 13 is larger than the secondary control surface 14.
  • a ratio of the primary control surface 13 to the secondary control surface 14 is preferably in a range from 2:1 to 1.5:1, but can also be 1.1:1.
  • the valve body 6 comprises a step 15 which defines an auxiliary control surface 16.
  • the step 15 is designed as a radial shoulder in the valve body 6, but can also be formed in another way.
  • the auxiliary control surface 16 is preferably parallel to the primary and secondary control surface 13, 14 and preferably aligned with the secondary control surface 14.
  • a first seal 18 is arranged on the part of the valve body 6 with the larger diameter and a second seal 20 on the part with the smaller diameter.
  • the first and second seals 18, 20 are each designed as sealing rings which sit in corresponding circumferential grooves on the valve body 6.
  • the first and second seals 18, 20 rest against corresponding sealing surfaces of the valve housing 2 and thus seal the valve body 6 against the valve housing 2.
  • Due to the radially acting first and second seals 18, 20, the primary and secondary control surfaces 13, 14 also have defined sizes in the end positions, so that defined forces act on the valve body 6 in the end positions too.
  • an overflow chamber 22 is provided in the valve housing 2.
  • the overflow chamber 22 serves to apply pressure to the auxiliary control surface 16 in certain positions of the valve body 6 and to be pressureless in certain other positions of the valve body 6 and thus not to apply pressure to the auxiliary control surface 16. In this way, in certain positions of the valve body 6, an additional force is applied in the direction of the second end position EL2, which can partially or completely compensate for the different sizes of the primary and secondary control surfaces 13, 14.
  • the overflow chamber 22 is connected to the environment and preferably to a vent 26 via a leakage bore 24.
  • the overflow chamber 22 can be kept pressureless in certain situations via the leakage bore 24.
  • the leakage bore 24 is dimensioned such that a high pressure gradient can be maintained and in particular the connection to the environment is throttled.
  • the leakage bore 24 serves in particular for the residual venting of the overflow chamber 22.
  • Fig. 2 to 6 different positions of the valve body 6 are now described, depending on pressure ratios between the primary pressure p11 and the secondary pressure p12.
  • the pressure p11 is higher than the pressure p12 and is, for example, in a range of 10.5 to 12.5 bar, while the secondary pressure p12 is, for example, about 8.5 bar.
  • the valve body 6 is in the first end position EL1, and as also shown in Fig. 1, the primary compressed air inlet 11 is connected to the Compressed air outlet 8 is connected. In this respect, the primary pressure p11 is also made available at the compressed air outlet 8.
  • the valve body 6 is in the first end position EL1 not only due to the higher primary pressure p11, but also because the primary control surface 13 has a larger effective area than the secondary control surface 14.
  • the overflow chamber 22 is pressureless because it is not connected to the primary compressed air inlet 11, the secondary compressed air inlet 12 or the compressed air outlet 8, but is only connected to the environment via the leakage bore 24.
  • the valve body 6 initially maintains this position (first end position EL1) because, due to the larger primary control surface 13, even with pressure parity between the primary pressure p11 and the secondary pressure p12, a force in the first end position EL1 is greater than a force in the second end position EL2.
  • the relationship between the primary control surface 13 and the secondary control surface 14 is selected such that the valve body 6 only begins to move from the first end position EL1 towards the second end position EL2 when the primary pressure p11 drops to a range of approximately 4 bar to 6 bar. This can be seen from the transition from Fig. 2 to Fig. 3. In Fig. 3, the shorter arrows acting on the primary control surface 13 indicate that the primary pressure p11 has dropped. The secondary pressure p12 has remained the same, for example at 8.5 bar.
  • the valve body 6 therefore moves from right to left with reference to Fig. 1 to 8 and initially comes into a closed position SL (shown in Fig. 3), in which it is not stable.
  • a closed position SL shown in Fig. 3
  • all connections are blocked off and pressure can neither be directed from the primary compressed air inlet 11 to the compressed air outlet 8, nor can pressure be directed from the secondary compressed air inlet 12 to the compressed air outlet 8, nor is overflow from the primary to the secondary compressed air inlet 11, 12 or vice versa permitted.
  • the axial distance between the first and second seals 18, 20 is selected such that in the closed position the second seal 20 is still in contact with its corresponding sealing surface of the valve housing 2 and the first seal 18 is already in contact with a corresponding sealing surface of the housing 2 which is arranged between the primary compressed air inlet 11 and the compressed air outlet 8.
  • the closing position SL is not an essential feature of the Invention, but can be advantageous if a circuit separation is to be achieved between circuits connected to the primary and secondary compressed air inlets 11, 12.
  • the axial distance between the first and second seals 18, 20 can be selected differently, so that, for example, in the intermediate position shown in Fig. 3, an overflow of air between different connections is permitted.
  • valve body 6 initially moves further to the left so that the second seal 20 comes out of engagement with the corresponding radial sealing surface on the valve housing 2 and an overflow of pressure from the secondary compressed air inlet 12 is initially permitted into the overflow chamber 22.
  • the compressed air can then reach the compressed air outlet 8 from the overflow chamber, so that ultimately the secondary compressed air inlet 12 is connected to the compressed air outlet 8 (see Fig. 4).
  • a guide 28 is provided in the embodiment shown here, which can be designed, for example, as a cage, grid or the like.
  • the guide 28 can also be provided as a slot in the housing or by axial projections on the valve body 6, which can move in corresponding holders.
  • the auxiliary control surface 16 is also subjected to the secondary pressure p12, which is indicated by the arrows of equal length on the auxiliary control surface 16 and the secondary control surface 14.
  • the valve body 6 is therefore accelerated out of this position and accelerated into the second end position EL2. This is particularly advantageous in order to keep the closed position SL (see Fig.
  • valve body 6 then moves further (see Fig. 5) into the second end position EL2, in which the primary compressed air inlet 11 is completely closed. closed and the secondary compressed air inlet 12 is fully open and connected to the compressed air outlet 8.
  • the overflow chamber 22 is pressurized and is used for the overflow from the secondary pressure p12 to the compressed air outlet 8.
  • the valve body 6 moves from the second end position EL2 to the right in the direction of the first end position EL1.
  • the overflow chamber 22 is initially closed off from the secondary compressed air inlet 12. In this position (not shown), in which the valve body 6 is shifted slightly further to the left than shown in Fig. 6, it can still be connected to the compressed air outlet 8. However, if a consumer is connected to the compressed air outlet 8, the overflow chamber 22 will already be largely depressurized in this position.
  • the auxiliary control surface 16 is no longer subjected to the secondary pressure p12 and in this respect the auxiliary force acting on the valve body in the direction of the second end position EL2 is also eliminated. If the valve body 6 now moves further to the right in the direction of the first end position, in particular because the primary control surface 13 is larger than the secondary control surface 14 and the auxiliary control surface 16 is already largely ineffective in this position, the valve body 6 comes into the intermediate position shown in Fig. 6, in which the compressed air outlet 8 is again fully connected to the primary compressed air inlet 11 and in this respect the primary pressure p11 is also controlled to the compressed air outlet 8. In this position, the overflow chamber 22 is not connected to any of the connections, only to the environment via the leakage hole 24.
  • valve body 6 is not yet in the complete first end position. If the valve body 6 moves further into the first end position EL1, the overflow chamber 22 is further reduced in size. In this situation, the leakage hole 24 serves to largely reduce excess pressure in the overflow chamber. to prevent or vent in order to prevent an unwanted build-up of force via the auxiliary control surface 16 in this position.
  • valve body 6 in certain situations an additional force can be applied to the valve body 6 by the overflow chamber 22, particularly in conjunction with the auxiliary control surface 16, initially into the second end position and then, during the return movement, also into the first end position, namely when the auxiliary control surface 16 becomes ineffective.
  • the valve body 6 is thus accelerated from an intermediate position into the end positions EL1, EL2, so that a closed position or intermediate position with reduced cross-sections is assumed in a shorter time.
  • the design according to the invention results in a hysteresis between the primary and the secondary pressure p11, p12 depending on the direction of movement of the valve body 6.
  • valve body 6 While the valve body 6 is only moved out of the first end position EL1 when the primary pressure p11 falls below the secondary pressure p12 by a certain pressure predetermined by the ratio of the primary and secondary control surfaces 13, 14, at least parity between the primary and the secondary pressure p11, p12 must be established in order to move the valve body 6 back from the second end position EL2 to the first end position EL1.
  • the pressure is entered on the left ordinate, the path on the right ordinate.
  • the path is shown between the first end position EL1 and the second end position EL2 and relates to the valve body 6, which is shown by a closely dashed line.
  • the other lines are pressure lines shown in the legend in Fig. 7, namely the primary pressure p11, the secondary pressure p12, a pressure p8 at the compressed air outlet 8 and a pressure p22 in the overflow chamber 22.
  • the time is shown on the abscissa and is based on the sequence in Fig. 2. Initially from time t0 (not shown) up to time t1, the pressure conditions shown in Fig. 2 prevail.
  • the valve body 6 is in the first end position EL2 and the primary pressure p11 prevails at the compressed air outlet 8.
  • the secondary pressure p12 is lower than the primary pressure p11.
  • the primary pressure p11 then drops and at the same time the pressure p8 at the compressed air outlet also drops. If at time t2 the primary pressure p11 is significantly below the secondary pressure p12, namely by the amount of the hysteresis HY, the valve body 6 starts to move, which is shown by the closely dashed line.
  • time t3 which corresponds to the position according to Fig.
  • the overflow chamber 22 is pressurized, namely the secondary pressure p12, which is shown by the dash-dotted line of the pressure curve of the overflow chamber 22, which rises to approximately the level of the secondary pressure p12.
  • the auxiliary control surface 16 is also pressurized, so that the movement of the valve body accelerates, which is shown by the now steeper movement curve of the valve body 6.
  • the pressure p8 at the compressed air outlet 8 also starts to rise again; a large pressure drop at the secondary compressed air inlet 12 is caused by the complete connection of the secondary compressed air inlet 12 with the compressed air outlet 8.
  • the valve body 6 reaches the second end position EL2 and does not move any further.
  • the pressure p8 at the compressed air outlet 8 rises to the level of the secondary pressure p12.
  • the system is at rest again. This position corresponds to Fig. 5.
  • the primary pressure p11 then begins to rise again (time t5) and at time t6 then reaches the level of the secondary pressure p12, so that the valve body 6 begins to move from the second end position towards the first end position.
  • time t7 which roughly corresponds to Fig. 6, the overflow chamber 22 is again depressurized, which can be seen by the drop in pressure p22.
  • the movement of the valve body 6 accelerates again because there is no longer any auxiliary force acting in the direction of the second end position EL2, which in turn is shown by a steeper curve of the path of the valve body 6.
  • the valve body 6 reaches the first end position EL1, ambient pressure prevails in the overflow chamber 22, and the primary pressure p11 has returned to its initial level and with it the pressure p8 at the compressed air outlet 8. This state is reached at t8.
  • Fig. 8 now illustrates a commercial vehicle 200 with a pneumatic braking system 202, of which a large number of parts are omitted in Fig. 8 for the sake of clarity.
  • First and second brake actuators 204a, 204b are arranged on a front axle VA, which receive a front axle brake pressure pBVA from a front axle modulator 206.
  • the front axle modulator 206 forms a pneumatic brake actuator. dul 207.
  • the front axle modulator 206 has a pneumatic supply or control connection 208; the first and second brake actuators 204a, 204b are connected to pneumatic working connections 210a, 210b.
  • the supply or control connection 208 is connected to a shuttle valve 1, which is designed as described above.
  • the compressed air outlet 8 of the shuttle valve 1 is connected to the supply or control connection 208.
  • the primary compressed air inlet 11 is connected to a primary compressed air circuit 211, which is shown here as an example only by a compressed air supply
  • the secondary compressed air inlet 12 is connected to a secondary compressed air circuit 212, which is also shown as an example only by a compressed air supply.
  • the primary compressed air circuit 211 can, for example, be a main circuit or an operating level of the pneumatic braking system 202
  • the secondary compressed air circuit 212 is an auxiliary circuit or redundancy circuit in a fallback level of the pneumatic braking system 202.
  • the front axle modulator 206 also has a vent 214 to which the leakage bore 24 can be connected.
  • valve housing 2 can be designed in one or more parts.
  • a cage can be provided within an otherwise cylindrical valve housing 2, which defines the overflow chamber 22 and at the same time forms a guide.
  • the valve housing as a whole can also be made up of several parts, divided in the axial and/or radial direction.
  • the valve body 6 itself can also be made up of one or more parts. List of reference symbols (part of the description)

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wechselventil (1) für ein pneumatisches System, mit einem Ventilgehäuse (2) mit einem primären Drucklufteingang (11), einem sekundären Drucklufteingang (12) und einem Druckluftausgang (8), und einem in dem Ventilgehäuse (2) beweglich angeordneten Ventilkörper (6), der zwischen einer ersten Endlage (EL1), in der der primäre Drucklufteingang (11) mit dem Druckluftausgang (8) verbunden ist, und einer zweiten Endlage (EL2), in der der sekundäre Drucklufteingang (12) mit dem Druckluftausgang (8) verbunden ist, bewegbar ist. Erfindungsgemäß ist eine Überströmkammer (22) in dem Ventilgehäuse (2) vorgesehen, welche mit einer Hilfssteuerfläche (16) des Ventilkörpers (6) in Verbindung steht, wobei die Überströmkammer (22) wenigstens in der ersten Endlage (EL1) drucklos ist und in wenigsten einer anderen Lage des Ventilkörpers (6) druckbeaufschlagt ist zum temporären Bereitstellen einer Hilfskraft auf den Ventilkörper (6).

Description

Hannover, 24.01.2023 IP, Pundareekam Chinniah, Fegers/MM SR 2023P00025DE 2022E00277DE
Wechselventil mit pneumatischer Vorzugsstellung
Die Erfindung betrifft ein Wechselventil für ein pneumatisches System mit einem Ventilgehäuse mit einem primären Drucklufteingang, einem sekundären Drucklufteingang und einem Druckluftausgang, und einem in dem Ventilgehäuse beweglich angeordneten Ventilkörper, der zwischen einer ersten Endlage, in der der primäre Drucklufteingang mit dem Druckluftausgang verbunden ist, und einer zweiten Endlage, in der der sekundäre Drucklufteingang mit dem Druckluftausgang verbunden ist, bewegbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine pneumatische Bremsanordnung, ein Nutzfahrzeug sowie eine Verwendung eines Wechselventils.
Wechselventile, auch Doppelrückschlagventile, double check valves (DCV), oder Shuttle-Ventile genannt, dienen dazu, zwei Anschlüsse wechselseitig mit einem dritten Anschluss zu verbinden, nämlich insbesondere zwei Einlässe mit einem Auslass. Typischerweise sind derartige Doppelrückschlagventile oder Wechselventile so aufgebaut, dass jeweils der höhere der an den ersten und zweiten bzw. primären und sekundären Druckluftanschlüssen anliegende Druck zum Druckluftausgang durchgesteuert wird. Der Schaltpunkt derartiger Wechselventile liegt etwa in dem Bereich, in dem der Druck, der an dem primären und sekundären Druckluftanschluss anliegt, in etwa gleich hoch ist. Genau in diesem Bereich kann es dann auch zu Instabilitäten kommen, da bei gleich großen Drücken die Lage des Ventilkörpers Undefiniert sein kann. Hierdurch wird auch eine langsame Bewegung des Ventilkörpers bedingt, wodurch im schlechtesten Fall auch eine längere Mittelstellung des Ventilkörpers hervorgerufen werden kann, in welcher typischerweise der Druckluftausgang verschlossen ist. Das heißt, beim Wechseln der Position des Ventilkörpers kann es zu einer verhältnismäßig langen Schließzeit des Druckluftausgangs kommen, was in der Regel ungewollt ist.
In anderen Auslegungen kann es zu längeren Phasen kommen, in denen beide Drucklufteingänge und der Druckluftausgang miteinander verbunden sind, wodurch eine gegebenenfalls ungewünschte Verbindung zwischen den beiden Quellen der Drucklufteingänge besteht, die zu einem Druckausgleich zwischen diesen Quellen führt. Darüber hinaus sind Wechselventile bekannt, die eine Vorzugsstellung haben. Dies wird dadurch bewirkt, dass das Ventilelement mittels einer Feder in eine der beiden Endlagen vorgespannt wird. Nachteilig hieran ist, dass dann der Druck an einem der beiden Drucklufteingänge stets die Kraft der Feder überwinden muss, um die andere Stellung einzunehmen. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass derartige federbelastete Wechselventile dazu neigen können, sich festzusetzen.
Aus KR 101 234 623 B1 ist ein Wechselventil der eingangs genannten Art bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wechselventil anzugeben, welches vorzugsweise eine pneumatisch vorgegebene Vorzugsstellung hat, einen Schaltpunkt hat, der nicht bei gleich hohen Drücken an den primären und sekundären Drucklufteingängen liegt, und vorzugsweise vereinfacht und zuverlässig ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe bei einem Wechselventil der eingangs genannten Art durch eine Überström kam mer in dem Ventilgehäuse, welche mit einer Hilfssteuerfläche des Ventilkörpers in Verbindung steht, wobei die Überströmkammer wenigstens in der ersten Endlage drucklos ist und in wenigstens einer anderen Lage des Ventilkörpers druckbeaufschlagt ist zum temporären Bereitstellen einer Hilfskraft auf den Ventilkörper.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mithilfe einer Hilfssteuerfläche an dem Ventilkörper, die nur temporär und vorzugsweise nur in bestimmten Lagen des Ventilkörpers in dem Ventilgehäuse mit Druck beaufschlagt ist, in eben diesen Lagen eine Hilfskraft auf den Ventilkörper aufgebracht werden kann, um ihn in die gewünschte Lage zu bewegen. Die Überström kam mer ist erfindungsgemäß in bestimmten Lagen drucklos, sodass kein Druck auf die Hilfssteuerfläche wirkt, und in bestimmten Lagen mit Druck beaufschlagt, sodass in diesen bestimmten Lagen die Hilfssteuerfläche mit Druck beaufschlagt und die Hilfskraft bereitgestellt wird. Die Überström kammer kann einen Überströmkammer-Einlass haben, der zwischen dem primären oder sekundären Drucklufteingang und dem Druckluftausgang angeordnet ist. Der Überströmkammer- Einlass ist vorzugsweise mittels des Ventilkörpers versperrbar und freigebbar, um in Abhängigkeit von den Lagen des Ventilkörpers mit Druck beaufschlagt zu sein oder nicht. Auf diese Weise ist es möglich, Instabilitäten zu verhindern und durch Aufbringen der Hilfskraft in bestimmten Lagen den Ventilkörper gezielt zu belasten und in bestimmte Lagen zu bringen. Auf diese Weise kann ein sehr rasches Umschalten zwischen den ersten und zweiten Endlagen erreicht werden mit einer geringen Verschließzeit und mit einer geringen oder eliminierten Einschwingzeit. Zudem lässt sich auf diese Weise ein Schaltpunkt des Wechselventils von der Druckparität an den primären und sekundären Drucklufteingang verschieben, hin zu einem höheren Druckunterschied, der notwendig ist, um den Ventilkörper von der einen in die andere Endlage zu bewegen.
Ein derartiges Wechselventil bietet sich besonders an, um einen primären und einen sekundären Kreis eines pneumatischen Bremssystems an einen Bremsdruckmodulator, wie beispielsweise einen Vorderachsmodulator, Hinterachsmodulator oder ein Anhängersteuerventil anzuschließen. Der primäre Kreis kann beispielsweise ein Hauptkreis sein und der sekundäre Kreis beispielsweise ein Hilfskreis. Der Hilfskreis kann beispielsweise in Redundanzebenen oder Rückfallebenen des Bremssystems zum Einsatz kommen und soll im Regelfall ausgesperrt sein. Für einen solchen Redundanzfall erlaubt das hierin vorgestellte Wechselventil dann ein rasches Umschalten bei einer bestimmten Druckdifferenz zwischen primärem Drucklufteingang und sekundärem Drucklufteingang bei geringer Verschließdauer.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Ventilkörper ferner eine primäre Steuerfläche und eine sekundäre Steuerfläche auf, wobei die primäre Steuerfläche mit dem primären Drucklufteingang und die sekundäre Steuerfläche mit dem sekundären Drucklufteingang in Verbindung steht. Bewirkt der an dem primären Drucklufteingang anliegende Druck eine höhere Kraft auf den Ventilkörper als der an dem sekundären Drucklufteingang anliegende Druck, wird der Ventilkörper demnach in die erste Endlage bewegt. Umgekehrt kann vorgesehen sein, dass der Ventilkörper in die zweite Endlage bewegt wird, wenn die auf den Kolben wirkende Kraft aufgrund des am sekundären Drucklufteingang anliegenden Drucks größer ist als die Kraft auf den Ventilkörper aufgrund des am primären Drucklufteingang anliegenden Drucks.
Besonders bevorzugt ist die primäre Steuerfläche größer als die sekundäre Steuerfläche, vorzugsweise um wenigstens 5 %. Weiter bevorzugt ist die primäre Steuerfläche um 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 % größer als die sekundäre Steuerfläche. Es soll verstanden werden, dass dieser Aspekt der Erfindung auch unabhängig von der eingangs genannten Lösung offenbart ist und beansprucht werden kann. Insofern wird die eingangs genannte Aufgabe auch gelöst durch ein Wechselventil für ein pneumatisches System, mit einem Ventilgehäuse mit einem primären Drucklufteingang, einem sekundären Drucklufteingang und einem Druckluftausgang, und einem in dem Ventilgehäuse beweglich angeordneten Ventilkörper, der zwischen einer ersten Endlage, in der der primäre Drucklufteingang mit dem Druckluftausgang verbunden ist, und einer zweiten Endlage, in der der sekundäre Drucklufteingang mit dem Druckluftausgang verbunden ist, bewegbar ist, wobei der Ventilkörper eine primäre Steuerfläche und eine sekundäre Steuerfläche aufweist, wobei die primäre Steuerfläche mit dem primären Drucklufteingang und die sekundäre Steuerfläche mit dem sekundären Drucklufteingang in Verbindung steht, und wobei die primäre Steuerfläche größer ist als die sekundäre Steuerfläche.
Vorzugsweise sind die primäre und die sekundäre Steuerfläche an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten des Ventilkörpers ausgebildet, vorzugsweise parallel zueinander. Vorzugsweise ist der Ventilkörper im Wesentlichen rotationssymmetrisch und hat beispielsweise einen zylindrischen Grundkörper, sodass die primäre und sekundäre Steuerfläche in diesem Fall axiale Stirnseiten des im Wesentlichen zylindrischen Grundkörpers bilden.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Überströmkammer in der zweiten Endlage druckbeaufschlagt. In der zweiten Endlage ist der sekundäre Drucklufteingang mit dem Druckluftausgang verbunden und der primäre Drucklufteingang ist verschlossen. Da vorzugsweise die primäre Steuerfläche größer ist als die sekundäre Steuerfläche, kann durch die Druckbeaufschlagung der Überström kam mer in der zweiten Endlage die Hilfssteuerfläche in der zweiten Endlage mit Druck beaufschlagt werden, sodass in der zweiten Endlage die Hilfskraft in Richtung der zweiten Endlage auf den Ventilkörper wirkt und den Ventilkörper in der zweiten Endlage hält, obwohl die primäre Steuerfläche größer ist als die sekundäre Steuerfläche. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass ein Umschalten in die erste Endlage nur dann erfolgt, wenn der am primären Drucklufteingang anliegende Druck tatsächlich wenigstens genauso groß ist wie der am sekundären Drucklufteingang anliegende Druck. In der ersten Endlage ist die Überströmkammer vorzugsweise drucklos, sodass der Ventilkörper auch bei gleich großen Drücken an dem primären und sekundären Drucklufteingang in der ersten Endlage gehalten wird, aufgrund der größeren primären Steuerfläche.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Überströmkammer in der wenigstens einen anderen Lage des Ventilkörpers mit dem sekundären Drucklufteingang verbunden ist. Vorzugsweise ist die Überströmkammer auch in der zweiten Endlage mit dem sekundären Drucklufteingang verbunden. Das heißt, in der Überström kam mer herrscht in der wenigstens einen anderen Lage des Ventilkörpers und/oder in der zweiten Endlage der am sekundären Drucklufteingang anliegende Druck und damit derselbe Druck, der auf die sekundäre Steuerfläche wirkt.
Mit Vorteil kann vorgesehen sein, dass der Ventilkörper eine Schließlage einnehmen kann, in der der primäre Drucklufteingang, der sekundäre Drucklufteingang und der Druckluftausgang geschlossen sind und ein Überströmen vom primären Drucklufteingang zum sekundären Drucklufteingang und umgekehrt verhindert ist. Auf diese Weise lässt sich eine klare Trennung der primären und sekundären Drucklufteingänge erreichen, sodass das Wechselventil auch zur Kreistrennung und in kreisgetrennten Aufbauten von pneumatischen Bremssystemen eingesetzt werden kann. Es können aber auch andere Ausführungsformen vorgesehen sein, in denen keine absolute Schließlage vorgesehen ist, sondern auch in einer Mittellage des Ventilkörpers kein vollständiger Abschluss von einem oder mehreren der drei Abschlüsse erfolgt, und/oder in denen explizit ein Überströmen vom primären zum sekundären Drucklufteingang und umgekehrt erlaubt wird.
Für den Fall, dass eine dedizierte Schließlage vorgesehen ist, die auch zur Kreistrennung eingesetzt werden kann, ist bevorzugt, dass die Hilfssteuerfläche nur zwischen der Schließlage und der zweiten Endlage wirksam ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Ventilkörper beim Bewegen aus der ersten Endlage heraus in die Schließlage, und dann von der Schließlage rasch in die zweite Endlage verbracht wird. Vorzugsweise wird die Hilfssteuerfläche wirksam, sobald sich der Ventilkörper in der Schließlage befindet, oder kurz danach, oder kurz davor. Hierdurch wird bei Eintritt in die Schließlage die Hilfskraft wirksam und der Ventilkörper wird aufgrund der plötzlich wirksam werdenden Hilfskraft beschleunigt und rasch in die zweite Endlage verbracht. Hierdurch ist es möglich, dass die Schließlage möglichst kurz gehalten wird und somit auch ein Druckabfall am Druckluftausgang kurz gehalten werden kann. Dies kann die Verfügbarkeit eines Bremssystems, in welches das erfindungsgemäße Wechselventil eingesetzt ist, erhöhen.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Wechselventil eine Leckagebohrung auf, die die Überströmkammer mit der Umgebung verbindet. Vorzugsweise verbindet die Leckagebohrung die Überström kam mer mit einer Entlüftung, vorzugsweise einer Entlüftung eines Bremsmoduls, für den Fall, dass das Wechselventil an oder in einem Bremsmodul angeordnet ist. Die Leckagebohrung dient dazu, die Überström kammer bei Bewegen des Ventilkörpers in die erste Endlage zu entlüften, und so ein vollständiges Verschieben des Ventilkörpers in die erste Endlage zu ermöglichen. Die Leckagebohrung weist vorzugsweise eine Drossel auf.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Ventilkörper wenigstens eine erste radiale Dichtung auf zum radialen Dichten des Ventilkörpers gegen das Ventilgehäuse. Vorzugsweise weist der Ventilkörper wenigstens eine zweite radiale Dichtung auf zum radialen Dichten des Ventilkörpers gegen das Ventilgehäuse. Der Ventilkörper ist vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmetrisch gebildet, wobei er einen Abschnitt mit größerem Durchmesser aufweist zum Bilden der primären Steuerfläche und einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser zum Bilden der sekundären Steuerfläche. Sowohl bei einem Abschnitt mit größerem Durchmesser als auch bei einem Abschnitt mit kleinerem Durchmesser ist vorzugsweise wenigstens eine radiale Dichtung vorgesehen. Die radiale Dichtung kann einen Dichtring umfassen. Ein Absatz zwischen dem durchmesserkleineren Bereich und dem durchmessergrößeren Bereich kann die Hilfssteuerfläche bilden.
Vorzugsweise ist ferner eine Führung vorgesehen zum wenigstens abschnittsweisen Führen des Ventilkörpers zwischen der ersten und der zweiten Endlage. Die Führung kann beispielsweise ein Käfig sein, in dem der Ventilkörper zwischen den Endlagen hin und her bewegbar ist, wobei der Käfig wenigstens abschnittsweise radiale Öffnungen aufweist, um eine Druckbeaufschlagung der Überström kam mer zu ermöglichen. Auch kann die Führung ein Gitter, ein Netz oder dergleichen sein, welches den Ventilkörper radial führt. Weitere Alternativen sind eine Kulisse in dem Ventilgehäuse, in welches ein Stift eingreift, oder umgekehrt, ein Stift am Ventilgehäuse, welche in eine Kulisse an dem Ventilkörper eingreift, sowie axial vorgesehene Vorsprünge oder Stäbe oder Stege, die in entsprechende Führungen eingreifen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung liegt eine Druckdifferenz zwischen dem primären Drucklufteingang und dem sekundären Drucklufteingang zum Bewirken eines Wechsels des Ventilkörpers von der ersten Endlage in die zweite Endlage in einem Bereich von 1 ,5 bar bis 5 bar, bevorzugt 2 bis 4 bar, weiter bevorzugt 2,5 bis 4 bar. Ein besonders bevorzugter Bereich kann beispielsweise 3,5 bar sein. Typische Arbeitsdrücke in pneumatischen Bremssystemen liegen zwischen 10,5 und 12,5 bar, sodass eine Differenz von 3,5 bar etwa 25 bis 35 % des Arbeitsdrucks ausmacht. Hierdurch kann verhindert werden, dass aufgrund von geringen Druckschwankungen beispielsweise im 5- bis 10 %-Bereich ein Umschalten des Wechselventils erfolgt.
In einem zweiten Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine pneumatische Bremsanordnung mit einem pneumatischen Bremsmodul mit wenigstens einem pneumatischen Versorgungs- oder Steueranschluss und wenigstens einem pneumatischen Arbeitsanschluss zum Bereitstellen des Bremsdrucks, und einem Wechselventil nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen eines Wechselventils gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei der Druckluftausgang des Wechselventils mit dem Versorgungs- oder Steueranschluss des pneumatischen Bremsmoduls verbunden ist. Das pneumatische Bremsmodul kann beispielsweise ein Vorderachsmodulator, Hinterachsmodulator, Zusatzachsmodulator, Parkbremsmodulator oder Anhängersteuermodul sein, welches am Arbeitsanschluss einen Bremsdruck für eine der Achsen oder einen Anhänger bereitstellt. Typischerweise können solche Bremsmodule in einem pneumatischen Bremssystem an einem Versorgungsanschluss über einen ersten und einen zweiten Kreis versorgt werden, um eine Redundanz und damit eine Restverfügbarkeit zu erhöhen.
Für weitere Vorteile und Ausführungsformen des Wechselventils wird auf die obige Beschreibung Bezug genommen.
In einem dritten Aspekt löst die Erfindung die eingangs genannte Aufgabe durch ein Nutzfahrzeug mit einem pneumatischen Bremssystem und einer pneumatischen Bremsanordnung nach der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform einer Bremsanordnung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Es soll verstanden werden, dass die pneumatische Bremsanordnung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und das Nutzfahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung gleiche und ähnliche Unteraspekte aufweisen, wie sie insbesondere in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt sind. Insofern wird vollumfänglich auf die obige Beschreibung Bezug genommen.
Ferner löst die Erfindung die Aufgabe in einem vierten Aspekt durch die Verwendung eines Wechselventils nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen eines Wechselventils gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zum Verbinden eines primären Druckluftkreises und eines sekundären Druckluftkreises mit einem pneumatischen Bremsmodul. Der primäre Druckluftkreis ist vorzugsweise ein Hauptkreis und der sekundäre Druckluftkreis ist vorzugsweise ein Hilfskreis. Der Hauptkreis ist vorzugsweise einer Betriebsebene des Bremssystems zugeordnet, während der Hilfskreis einer Redundanzebene des Bremssystems zugeordnet ist.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr sind die Zeichnungen, wenn dies zur Erläuterung dienlich ist, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus den Zeichnungen unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, den Zeichnungen und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Wechselventil gemäß der Erfindung;
Fig. 2 den Querschnitt des Wechselventils gemäß Fig. 1 mit dem Ventilkörper in der ersten Endlage;
Fig. 3 das Wechselventil gemäß Fig. 1 mit dem Ventilkörper in einer Schließlage;
Fig. 4 das Wechselventil gemäß Fig. 1 mit dem Ventilkörper in einer Zwischenposition zwischen zweiter Endlage und Schließlage;
Fig. 5 das Wechselventil gemäß Fig. 1 mit dem Ventilkörper in der zweiten Endlage;
Fig. 6 das Wechselventil gemäß Fig. 1 mit dem Ventilkörper in einer Zwischenlage zwischen Schließlage und erster Endlage;
Fig. 7 ein Zeit-Druckdiagramm zum Wechselventil; und in
Fig. 8 ein Nutzfahrzeug mit einer pneumatischen Bremsanordnung und einem Wechselventil.
Ein Wechselventil 1 für ein pneumatisches System, wie beispielsweise eine pneumatische Bremsanordnung 100 (siehe Fig. 8) hat ein Ventilgehäuse 2, welches hier im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist, und daher in den Figuren nur der mit Bezug auf eine Zentralachse A obere Teil gezeigt ist. Es soll aber verstanden werden, dass das Ventilgehäuse und damit das Wechselventil 1 nicht zwingend rotationssymmetrisch sein müssen und beispielsweise auch einen rechteckigen oder mehreckigen Querschnitt haben können.
In dem Ventilgehäuse 2 ist eine Ventilkammer 4 ausgebildet, in welcher ein Ventilkörper 6 verschieblich angeordnet ist. Konkret ist der Ventilkörper 6 zwischen einer ersten Endlage EL1 , die in Fig. 1 dargestellt ist, und einer zweiten Endlage EL2, die in Fig. 5 dargestellt ist, verschieblich. Zwischen den ersten und zweiten Endlagen EL1 , EL2 kann der Ventilkörper mehrere andere Lagen einnehmen, wie im Folgenden noch genauer beschrieben werden wird.
Das Ventilgehäuse 2 hat drei Anschlüsse, nämlich einen Druckluftausgang 8, einen primären Drucklufteingang 11 und einen sekundären Drucklufteingang 12. Das Wechselventil 1 dient dazu, wechselweise den primären Drucklufteingang 11 oder den sekundären Drucklufteingang 12 mit dem Druckluftausgang 8 zu verbinden. Der Druckluftausgang 8 kann beispielsweise mit einem pneumatischen Verbraucher verbunden sein und der primäre und der sekundäre Drucklufteingang 11 , 12 können mit verschiedenen Druckquellen verbunden sein, wie später noch genauer beschrieben werden wird. In der ersten Endlage EL1 des Ventilkörpers 6 ist der sekundäre Drucklufteingang
12 abgeschlossen, während der primäre Drucklufteingang 11 mit dem Druckluftausgang 8 in Verbindung steht. Das heißt, der an dem primären Drucklufteingang 11 bereitgestellte primäre Druck p11 wird zum Druckluftausgang 8 durchgesteuert.
Der Ventilkörper 6 kann rotationssymmetrisch ausgebildet sein und ist in diesem Fall gestuft ausgebildet. Das bedeutet, der Ventilkörper 6 hat einen durchmessergrößeren Teil und einen durchmesserkleineren Teil, wie insbesondere in Fig.1 ersichtlich. An dem durchmessergrößeren Teil des Ventilkörpers 6 weist dieser eine primäre Steuerfläche
13 auf, und an dem durchmesserkleineren Teil eine sekundäre Steuerfläche 14. Die primäre und die sekundäre Steuerflächen 13, 14 sind an gegenüberliegenden Stirnseiten des Ventilkörpers 6 angeordnet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die primäre Steuerfläche 13 größer als die sekundäre Steuerfläche 14. Ein Verhältnis der primären Steuerfläche 13 zur sekundären Steuerfläche 14 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 2:1 bis 1 ,5:1 , kann aber auch 1 ,1 :1 betragen. An seiner Mantelfläche umfasst der Ventilkörper 6 eine Stufe 15, die eine Hilfssteuerfläche 16 definiert. Die Stufe 15 ist als radialer Absatz in dem Ventilkörper 6 ausgebildet, kann aber auch auf andere Weise gebildet werden. Die Hilfssteuerfläche 16 ist vorzugsweise parallel zur primären und sekundären Steuerfläche 13, 14 und vorzugsweise gleichgerichtet mit der sekundären Steuerfläche 14 angeordnet. An dem durchmessergrößeren Teil des Ventilkörpers 6 ist eine erste Dichtung 18 angeordnet und an dem durchmesserkleineren Teil eine zweite Dichtung 20. Die erste und zweite Dichtung 18, 20 sind jeweils in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als Dichtringe ausgebildet, die in entsprechenden umlaufenden Nuten an dem Ventilkörper 6 sitzen. Die erste und die zweite Dichtung 18, 20 liegen an entsprechenden Dichtflächen des Ventilgehäuses 2 an und dichten so den Ventilkörper 6 gegen das Ventilgehäuse 2 ab. Aufgrund der radial wirkenden ersten und zweiten Dichtungen 18, 20 haben die primären und sekundären Steuerflächen 13, 14 auch in den Endlagen definierte Größen, sodass auch in den Endlagen jeweils definierte Kräfte auf den Ventilkörper 6 wirken.
Darüber hinaus ist in dem Ventilgehäuse 2 eine Überströmkammer 22 vorgesehen. Die Überströmkammer 22 dient dazu, die Hilfssteuerfläche 16 in bestimmten Positionen des Ventilkörpers 6 mit Druck zu beaufschlagen und in bestimmten anderen Positionen des Ventilkörpers 6 drucklos zu sein und so die Hilfssteuerfläche 16 nicht mit Druck zu beaufschlagen. Auf diese Weise wird in bestimmten Stellungen des Ventilkörpers 6 eine Zusatzkraft in Richtung der zweiten Endlage EL2 aufgebracht, die teilweise oder vollständig die verschiedenen Größen der primären und sekundären Steuerflächen 13, 14 ausgleichen kann.
Die Überströmkammer 22 ist in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel über eine Leckagebohrung 24 mit der Umgebung und vorzugsweise mit einer Entlüftung 26 verbunden. Über die Leckagebohrung 24 kann die Überströmkammer 22 in bestimmten Situationen drucklos gehalten werden. Die Leckagebohrung 24 ist so bemessen, dass ein hoher Druckgradient aufrechterhalten werden kann und insbesondere die Verbindung zur Umgebung gedrosselt ist. Die Leckagebohrung 24 dient insbesondere zur Restentlüftung der Überström kam mer 22.
In den Fig. 2 bis 6 werden nun verschiedene Stellungen des Ventilkörpers 6 beschrieben, in Abhängigkeit von Druckverhältnissen zwischen dem primären Druck p11 und dem sekundären Druck p12. Gemäß Fig. 2 ist der Druck p11 höher als der Druck p12 und liegt beispielsweise in einem Bereich von 10,5 bis 12,5 bar, während der sekundäre Druck p12 beispielsweise etwa 8,5 bar beträgt. Der Ventilkörper 6 ist in der ersten Endlage EL1 , und wie auch in Fig. 1 gezeigt, ist der primäre Drucklufteingang 11 mit dem Druckluftausgang 8 verbunden. Insofern wird der primäre Druck p11 auch an dem Druckluftausgang 8 bereitgestellt. Der Ventilkörper 6 ist nicht nur aufgrund des höheren primären Drucks p11 in der ersten Endlage EL1 , sondern auch, da die primäre Steuerfläche 13 eine größere wirksame Fläche hat als die sekundäre Steuerfläche 14. Die Überströmkammer 22 ist drucklos, da sie weder mit dem primären Drucklufteingang 11 noch mit dem sekundären Drucklufteingang 12 oder dem Druckluftausgang 8 verbunden ist, sondern lediglich über die Leckagebohrung 24 mit der Umwelt in Verbindung steht.
Sinkt nun, aufgrund welcher Umstände auch immer, der primäre Druck p11 ab, behält der Ventilkörper 6 diese Lage (erste Endlage EL1 ) zunächst bei, da aufgrund der größeren primären Steuerfläche 13 auch bei Druckparität zwischen dem primären Druck p11 und dem sekundären Druck p12 eine Kraft in die erste Endlage EL1 größer ist als eine Kraft in die zweite Endlage EL2. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis zwischen der primären Steuerfläche 13 und der sekundären Steuerfläche 14 so gewählt, dass erst bei Absinken des primären Drucks p11 auf einen Bereich etwa von 4 bar bis 6 bar der Ventilkörper 6 beginnt, sich aus der ersten Endlage EL1 heraus in Richtung der zweiten Endlage EL2 zu bewegen. Dies ist vom Übergang der Fig. 2 in die Fig. 3 zu sehen. In Fig. 3 ist durch die kürzeren Pfeile, die auf die primäre Steuerfläche 13 wirken, angedeutet, dass der primäre Druck p11 abgesunken ist. Der sekundäre Druck p12 ist gleich geblieben, beispielsweise bei 8,5 bar.
Der Ventilkörper 6 bewegt sich folglich mit Bezug auf die Fig. 1 bis 8 von rechts nach links und kommt hierbei zunächst in eine Schließlage SL (in Fig. 3 dargestellt), in der er aber nicht stabil ist. In der Schließlage SL (Fig. 3) sind alle Anschlüsse abgesperrt und weder kann Druck von dem primären Drucklufteingang 11 zum Druckluftausgang 8 ausgesteuert werden, noch kann Druck vom sekundären Drucklufteingang 12 zum Druckluftausgang 8 durchgesteuert werden, noch ist ein Überströmen vom primären zum sekundären Drucklufteingang 11 , 12 oder umgekehrt erlaubt. Dies ist dadurch realisiert, dass der axiale Abstand zwischen der ersten und der zweiten Dichtung 18, 20 so gewählt ist, dass in der Schließstellung die zweite Dichtung 20 nach wie vor mit ihrer entsprechenden Dichtfläche des Ventilgehäuses 2 in Kontakt steht und die erste Dichtung 18 bereits an einer entsprechenden Dichtfläche des Gehäuses 2 anliegt, welche zwischen dem primären Drucklufteingang 11 und dem Druckluftausgang 8 angeordnet ist. Es soll verstanden werden, dass die Schließlage SL kein essentielles Merkmal der Erfindung ist, aber vorteilhaft sein kann, wenn eine Kreistrennung zwischen an den primären und den sekundären Drucklufteingang 11 , 12 angeschlossenen Kreisen erreicht werden soll. In anderen Ausführungsformen kann der axiale Abstand zwischen der ersten und der zweiten Dichtung 18, 20 anders gewählt werden, sodass beispielsweise in der in Fig. 3 gezeigten Zwischenposition ein Überströmen von Luft zwischen verschiedenen Anschlüssen erlaubt ist.
Hat sich das Druckverhältnis zwischen dem primären und dem sekundären
Druck p11 , p12 nicht geändert oder nicht wesentlich geändert, bewegt sich der Ventilkörper 6 zunächst weiter nach links, sodass die zweite Dichtung 20 außer Eingriff mit der entsprechenden radialen Dichtfläche am Ventilgehäuse 2 kommt und ein Überströmen von Druck von dem sekundären Drucklufteingang 12 zunächst in die Überströmkammer 22 erlaubt ist. Von der Überströmkammer kann dann die Druckluft zum Druckluftausgang 8 gelangen, sodass letztlich der sekundäre Drucklufteingang 12 mit dem Druckluftausgang 8 in Verbindung steht (siehe Fig. 4).
Um den Ventilkörper 6 in dieser Position radial in dem Ventilgehäuse 2 zu stabilisieren, ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Führung 28 vorgesehen, die beispielsweise als Käfig, Gitter oder dergleichen ausgebildet sein kann. Die Führung 28 kann auch als Kulisse in dem Gehäuse vorgesehen sein oder durch axiale Vorsprünge an dem Ventilkörper 6, die sich in entsprechenden Halterungen bewegen können.
Da die Überström kam mer 22 nun mit dem sekundären Druck p12 beaufschlagt ist, ist auch die Hilfssteuerfläche 16 mit dem sekundären Druck p12 beaufschlagt, was durch die gleich langen Pfeile an der Hilfssteuerfläche 16 und der sekundären Steuerfläche 14 angedeutet ist. Das heißt, ab dieser Lage des Ventilkörpers 6 wirkt eine Hilfskraft in Richtung der zweiten Endlage EL2 auf den Ventilkörper 6, was durch den gestrichelten Pfeil unterhalb des Ventilkörpers 6 angedeutet ist. Der Ventilkörper 6 wird also aus dieser Lage heraus beschleunigt und beschleunigt in die zweite Endlage EL2 bewegt. Dies ist besonders vorteilhaft, um die Schließlage SL (siehe Fig. 3) möglichst kurz zu halten und möglichst rasch den Querschnitt zwischen zweiter Dichtung 20 und Ventilgehäuse 2 entsprechend zu vergrößern, um eine möglichst rasche Druckbereitstellung des sekundären Drucks p12 an dem Druckluftausgang 8 zu erreichen. Aufgrund dieses Kräfteverhältnisses bewegt sich der Ventilkörper 6 dann weiter (vgl. Fig. 5) in die zweite Endlage EL2 hinein, in welcher der primäre Drucklufteingang 11 vollständig abge- schlossen und der sekundäre Drucklufteingang 12 vollständig geöffnet und in Verbindung mit dem Druckluftausgang 8 ist. Die Überströmkammer 22 ist druckbeaufschlagt und wird zum Überströmen vom sekundären Druck p12 zum Druckluftausgang 8 verwendet. Dass in dieser Position des Ventilkörpers 6 die Überström kammer 22 über die Leckagebohrung 24 mit der Umgebung verbunden ist, ist nicht hinderlich, da die Leckagebohrung 24 gedrosselt ist und insofern nur ein kleiner und zu vernachlässigender Druckverlust besteht. Aufgrund der belüfteten Hilfssteuerfläche 16 wird auch in dieser Lage eine stabile Lage erreicht und bei einer kurzfristigen Druckschwankung des primären Drucks p11 bewegt sich der Ventilkörper 6 nicht unmittelbar aus seiner Lage heraus. Insbesondere bewegt sich der Ventilkörper 6 erst dann aus der zweiten Endlage EL2 heraus, wenn der primäre Druck p11 größer als der sekundäre Druck p12 wird. Dies wird in Fig. 6 verdeutlicht. Bei Übersteigen des primären Drucks p11 über den sekundären Druck p12 bewegt sich der Ventilkörper 6 aus der zweiten Endlage EL2 heraus nach rechts in Richtung der ersten Endlage EL1 . Sobald die zweite Dichtung 20 wieder in Kontakt steht mit der radialen Dichtfläche des Gehäuses 2, ist die Überströmkammer 22 zunächst von dem sekundären Drucklufteingang 12 abgeschlossen. Sie kann in dieser Stellung (nicht gezeigt), in der der Ventilkörper 6 etwas weiter nach links verschoben ist als in Fig. 6 gezeigt, noch in Verbindung stehen mit dem Druckluftausgang 8. Wenn an den Druckluftausgang 8 allerdings ein Verbraucher angeschlossen ist, wird die Überströmkammer 22 in dieser Stellung schon weitestgehend drucklos werden. Hierdurch wird auch die Hilfssteuerfläche 16 nicht mehr mit dem sekundären Druck p12 beaufschlagt und insofern fällt auch die Hilfskraft, die in Richtung der zweiten Endlage EL2 auf den Ventilkörper wirkt, weg. Bewegt sich der Ventilkörper 6 nun weiter nach rechts in Richtung der ersten Endlage, insbesondere, da die primäre Steuerfläche 13 größer ist als die sekundäre Steuerfläche 14 und die Hilfssteuerfläche 16 in dieser Stellung bereits weitestgehend wirkungslos ist, kommt der Ventilkörper 6 in die in Fig. 6 gezeigte Zwischenlage, in der der Druckluftausgang 8 wieder vollständig in Verbindung mit dem primären Drucklufteingang 11 steht und insofern auch der primäre Druck p11 an den Druckluftausgang 8 ausgesteuert wird. Die Überströmkammer 22 ist in dieser Stellung mit keinem der Anschlüsse verbunden, lediglich über die Leckagebohrung 24 mit der Umgebung. Wie Fig. 6 zu entnehmen, ist der Ventilkörper 6 noch nicht in der vollständigen ersten Endlage. Bewegt sich der Ventilkörper 6 weiter in die erste Endlage EL1 hinein, wird die Überströmkammer 22 weiter verkleinert. In dieser Situation dient die Leckagebohrung 24 dazu, einen Überdruck in der Überströmkammer weitestgehend zu verhindern oder zu entlüften, um einen ungewollten Kraftaufbau über die Hilfssteuerfläche 16 in dieser Lage zu verhindern.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, kann durch die Überström kam mer 22 insbesondere in Verbindung mit der Hilfssteuerfläche 16 zu bestimmten Situationen eine Zusatzkraft auf den Ventilkörper 6 aufgebracht werden, zunächst in die zweite Endlage hinein und dann bei Rückbewegung auch in die erste Endlage, nämlich dann, wenn die Hilfssteuerfläche 16 wirkungslos wird. Der Ventilkörper 6 wird also aus einer Zwischenlage heraus beschleunigt in die Endlagen EL1 , EL2 verbracht, sodass eine Schließstellung oder Zwischenstellung mit verringerten Querschnitten zeitlich verkürzt eingenommen werden. Zudem ergibt sich durch die erfindungsgemäße Gestaltung eine Hysterese zwischen dem primären und dem sekundären Druck p11 , p12 je nach Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 6. Während der Ventilkörper 6 aus der ersten Endlage EL1 heraus erst dann bewegt wird, wenn der primäre Druck p11 den sekundären Druck p12 von einem bestimmten durch das Verhältnis der primären und sekundären Steuerflächen 13, 14 vorgegebenen Druck unterschreitet, muss zum Zurückbewegen des Ventilkörpers 6 aus der zweiten Endlage EL2 in die erste Endlage EL1 wenigstens Parität zwischen dem primären und dem sekundären Druck p11 , p12 hergestellt werden.
Dieses Druck- und Bewegungsverhältnis ist in Fig. 7 anhand eines Diagramms dargestellt.
Auf der linken Ordinate ist der Druck eingetragen, auf der rechten Ordinate der Weg. Der Weg ist zwischen der ersten Endlage EL1 und der zweiten Endlage EL2 dargestellt und bezieht sich auf den Ventilkörper 6, der durch eine eng gestrichelte Linie dargestellt ist. Die weiteren Linien sind Drucklinien, die in der Legende in Fig. 7 dargestellt sind, nämlich der primäre Druck p11 , der sekundäre Druck p12, ein Druck p8 am Druckluftausgang 8 und ein Druck p22 in der Überströmkammer 22. Auf der Abszisse ist die Zeit dargestellt und orientiert sich an dem Ablauf der Fig. 2 bis 6. Zunächst zum Zeitpunkt tO (nicht gezeigt) bis zum Zeitpunkt t1 herrschen die in Fig. 2 gezeigten Druckverhältnisse. Der Ventilkörper 6 ist in der ersten Endlage EL2 und am Druckluftausgang 8 herrscht der primäre Druck p11 . Der sekundäre Druck p12 ist niedriger als der primäre Druck p11 . Zum Zeitpunkt t1 fällt dann der primäre Druck p11 ab und gleichzeitig fällt auch der Druck p8 am Druckluftausgang ab. Wenn zum Zeitpunkt t2 der primäre Druck p11 deutlich unterhalb des sekundären Drucks p12 liegt, nämlich um den Betrag der Hysterese HY, fängt der Ventilkörper 6 an, sich zu bewegen, was durch die eng gestrichelte Linie dargestellt ist. Zum Zeitpunkt t3 dann, der der Position gemäß Fig. 4 entspricht, wird die Überströmkammer 22 mit Druck beaufschlagt, nämlich dem sekundären Druck p12, was durch die strichpunktierte Linie des Druckverlaufs der Überströmkammer 22 dargestellt ist, der ansteigt etwa auf das Niveau des sekundären Drucks p12. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die Hilfssteuerfläche 16 mit Druck beaufschlagt, sodass sich die Bewegung des Ventilkörpers beschleunigt, was durch die nun steiler verlaufende Bewegungskurve des Ventilkörpers 6 gezeigt ist. Gleichzeitig fängt auch der Druck p8 am Druckluftausgang 8 wieder an zu steigen; ein großer Druckabfall an dem sekundären Drucklufteingang 12 ist durch die vollständige Verbindung des sekundären Drucklufteingangs 12 mit dem Druckluftausgang 8 begründet. Der Ventilkörper 6 erreicht die zweite Endlage EL2 und bewegt sich nicht weiter. Der Druck p8 am Druckluftausgang 8 steigt auf das Niveau des sekundären Drucks p12 an. Das System ist wieder in Ruhe. Diese Position entspricht Fig. 5.
Anschließend beginnt der primäre Druck p11 wieder zu steigen (Zeitpunkt t5) und erreicht zum Zeitpunkt t6 dann das Niveau des sekundären Drucks p12, sodass der Ventilkörper 6 anfängt, sich aus der zweiten Endlage heraus in Richtung der ersten Endlage zu bewegen. Zum Zeitpunkt t7, der in etwa Fig. 6 entspricht, wird die Überströmkammer 22 wieder drucklos, was durch den Druckabfall des Drucks p22 zu erkennen ist. Die Bewegung des Ventilkörpers 6 beschleunigt sich wieder, da keine Hilfskraft mehr in Richtung der zweiten Endlage EL2 wirkt, was wiederum durch einen steileren Kurvenverlaufs des Wegs des Ventilkörpers 6 dargestellt ist. Schließlich erreicht der Ventilkörper 6 die erste Endlage EL1 , in der Überströmkammer 22 herrscht Umgebungsdruck, und der primäre Druck p11 hat sein Ausgangsniveau wieder erreicht und mit diesem auch der Druck p8 am Druckluftausgang 8. Dieser Zustand ist in t8 erreicht.
Fig. 8 illustriert nun ein Nutzfahrzeug 200 mit einem pneumatischen Bremssystem 202, von dem eine Vielzahl an Teilen jedoch der Übersichtlichkeit halber in Fig. 8 weggelassen sind. An einer Vorderachse VA sind erste und zweite Bremsaktuatoren 204a, 204b angeordnet, die einen Vorderachsbremsdruck pBVA von einem Vorderachsmodulator 206 empfangen. Der Vorderachsmodulator 206 bildet ein pneumatisches Bremsmo- dul 207. Der Vorderachsmodulator 206 hat einen pneumatischen Versorgungs- oder Steueranschluss 208; an pneumatische Arbeitsanschlüsse 210a, 210b sind die ersten und zweiten Bremsaktuatoren 204a, 204b angeschlossen.
Der Versorgungs- oder Steueranschluss 208 ist in dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Wechselventil 1 verbunden, welches nach der vorstehend beschriebenen Art ausgebildet ist. Konkret ist der Druckluftausgang 8 des Wechselventils 1 mit dem Versorgungs- oder Steueranschluss 208 verbunden. Der primäre Drucklufteingang 11 ist mit einem primären Druckluftkreis 211 verbunden, der hier beispielhaft nur durch einen Druckluftvorrat dargestellt ist, und der sekundäre Drucklufteingang 12 ist mit einem sekundären Druckluftkreis 212 verbunden, der ebenfalls nur beispielhaft durch einen Druckluftvorrat dargestellt ist. Der primäre Druckluftkreis 211 kann beispielsweise einen Hauptkreis bzw. eine Betriebsebene des pneumatischen Bremssystems 202 sein, während der sekundäre Druckluftkreis 212 ein Hilfskreis oder Redundanzkreis in einer Rückfallebene des pneumatischen Bremssystems 202 ist.
Der Vorderachsmodulator 206 weist auch eine Entlüftung 214 auf, mit der die Leckagebohrung 24 verbunden sein kann.
Es soll verstanden werden, dass die hierin gezeigten Ausführun- gen/Ausführungsbeispiele nur beispielhaft sind und auch andere insbesondere konstruktive Gestaltungen umgesetzt werden können, ohne die Funktion des hierin beschriebenen Wechselventils zu ändern. Insbesondere kann das Ventilgehäuse 2 ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Beispielsweise kann zum Aufnehmen des Ventilkörpers 6 und aus Montagegründen ein Käfig innerhalb eines ansonsten zylindrischen Ventilgehäuses 2 vorgesehen sein, welches die Überström kam mer 22 definiert und gleichzeitig eine Führung bildet. Das Ventilgehäuse kann insgesamt auch mehrteilig sein, in axialer und/oder radialer Richtung geteilt. Auch der Ventilkörper 6 an sich kann ein- oder mehrteilig sein. Bezuqszeichenliste (Teil der Beschreibung)
1 Wechselventil
2 Ventilgehäuse
4 Ventilkammer
6 Ventilkörper
8 Druckluftausgang
11 primärer Drucklufteingang
12 sekundärer Drucklufteingang
13 primäre Steuerfläche
14 sekundäre Steuerfläche
15 Stufe
16 Hilfssteuerfläche
18 erste Dichtung
20 zweite Dichtung
22 Überström kam mer
24 Leckagebohrung
26 Entlüftung
28 Führung
100 Pneumatische Bremsanordnung
200 Nutzfahrzeug
202 pneumatisches Bremssystem
204a, 204b erste und zweite Bremsaktuatoren
206 Vorderachsmodulator
207 pneumatisches Bremsmodul
208 Versorgungs- oder Steueranschluss
210a, 210b Arbeitsanschluss
211 primärer Druckluftkreis
212 sekundärer Druckluftkreis
214 Entlüftung
A Zentralachse
EL1 erste Endlage
EL2 zweite Endlage
HY Hysterese p11 primärer Druck p12 sekundärer Druck p8 Druck am Druckluftausgang p22 Druck in der Überström kam mer pBVA Vorderachsbremsdruck
SL Schließlage
VA Vorderachse

Claims

Ansprüche
1 . Wechselventil (1 ) für ein pneumatisches System, mit einem Ventilgehäuse (2) mit einem primären Drucklufteingang (11 ), einem sekundären Drucklufteingang (12) und einem Druckluftausgang (8), und einem in dem Ventilgehäuse (2) beweglich angeordneten Ventilkörper (6), der zwischen einer ersten Endlage (EL1 ), in der der primäre Drucklufteingang (11 ) mit dem Druckluftausgang (8) verbunden ist, und einer zweiten Endlage (EL2), in der der sekundäre Drucklufteingang (12) mit dem Druckluftausgang (8) verbunden ist, bewegbar ist, gekennzeichnet durch eine Überströmkammer (22) in dem Ventilgehäuse (2), welche mit einer Hilfssteuerfläche (16) des Ventilkörpers (6) in Verbindung steht, wobei die Überström kam mer (22) wenigstens in der ersten Endlage (EL1 ) drucklos ist und in wenigsten einer anderen Lage des Ventilkörpers (6) druckbeaufschlagt ist zum temporären Bereitstellen einer Hilfskraft auf den Ventilkörper (6).
2. Wechselventil nach Anspruch 1 , wobei der Ventilkörper (6) ferner eine primäre Steuerfläche (13) und eine sekundäre Steuerfläche (14) aufweist, wobei die primäre Steuerfläche (13) mit dem primären Drucklufteingang (11 ) und die sekundäre Steuerfläche (14) mit dem sekundären Drucklufteingang (12) in Verbindung steht.
3. Wechselventil nach Anspruch 2, wobei die primäre Steuerfläche (13) größer ist als die sekundäre Steuerfläche (14), vorzugsweise um wenigsten 5%.
4. Wechselventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Überströmkammer (22) in der zweiten Endlage (EL2) druckbeaufschlagt ist.
5. Wechselventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Überströmkammer (22) in der wenigsten einen anderen Lage des Ventilkörpers (6) mit dem sekundären Drucklufteingang (12) verbunden ist.
6. Wechselventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ventilköper (6) eine Schließlage (SL) einnehmen kann, in der der primäre Drucklufteingang (11 ), der sekundäre Drucklufteingang (12) und der Druckluftausgang (8) geschlossen sind und ein Überströmen vom primären Drucklufteingang (11 ) zum sekundären Drucklufteingang (12) und umgekehrt verhindert ist.
7. Wechselventil nach Anspruch 6, wobei die Hilfssteuerfläche (16) nur zwischen der Schließlage (SL) und der zweiten Endlage (EL2) wirksam ist.
8. Wechselventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Überströmkammer (22) über eine Leckagebohrung (24) mit der Umgebung verbunden ist, zum Entlüften der Überströmkammer (22).
9. Wechselventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Überströmkammer (22) und die Hilfssteuerfläche (16) derart ausgebildet sind, dass bei einer Bewegung des Ventilkörpers (6) von der ersten Endlage (EL1 ) in die zweite Endlage (EL2) der Ventilkörper (6) bei Wirksamwerden der Hilfssteuerfläche (16) beschleunigt wird.
10. Wechselventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ventilkörper (6) wenigstens eine erste radiale Dichtung (18) aufweist zum radialen Dichten des Ventilkörpers (6) gegen das Ventilgehäuse (2).
11 . Wechselventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend eine Führung (28) zum wenigstens abschnittsweisen Führen des Ventilkörpers (6) zwischen der ersten Endlage (EL1 ) und der zweiten Endlage (EL2).
12. Wechselventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Druckdifferenz zwischen dem primären Drucklufteingang (11 ) und dem sekundären Drucklufteingang (12) zum Bewirken eines Wechsels des Ventilkörpers (6) von der ersten Endlage (EL1 ) in die zweite Endlage (EL2) in einem Bereich von 1 ,5 bar bis 5 bar liegt.
13. Pneumatische Bremsanordnung (100) mit einem pneumatischen Bremsmodul (207) mit wenigstens einem pneumatischen Versorgungs- oder Steueranschluss (208) und wenigstens einem pneumatischen Arbeitsanschluss (210a, 210b) zum Bereitstellen eines Bremsdrucks (pBVA), und einem Wechselventil (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Druckluftausgang (8) des Wechselventils (1 ) mit dem Versorgungs- oder Steueranschluss (208) des pneumatischen Bremsmoduls (207) verbunden ist.
14. Nutzfahrzeug (200) mit einem pneumatischen Bremssystem (202) und einer pneumatischen Bremsanordnung (100) nach Anspruch 13.
15. Verwendung eines Wechselventils (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Verbinden eines primären Druckluftkreises (211 ) und eines sekundären Druckluftkreises (212) mit einem pneumatischen Bremsmodul (207).
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010047401A1 (de) * 2010-10-02 2012-04-05 Wabco Gmbh Ventil

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2358228A (en) * 1942-11-20 1944-09-12 Addison C Hoof Valve
BE625661A (de) * 1961-12-05 1900-01-01
US4281677A (en) * 1979-11-16 1981-08-04 The Bendix Corporation Supply valve for dual circuit systems
EP1574771A3 (de) * 2004-03-09 2006-01-18 Eugen Seitz Ag Ventil für den Einsatz in Streckblasmaschinen
KR101234623B1 (ko) 2006-09-14 2013-02-19 현대자동차주식회사 차량용 공기브레이크의 안티 컴파운드 시스템
WO2009010097A1 (de) * 2007-07-17 2009-01-22 Eugen Seitz Ag Luftgesteuertes ventil

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010047401A1 (de) * 2010-10-02 2012-04-05 Wabco Gmbh Ventil

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