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Die
Erfindung betrifft eine Nutzfahrzeugbremsanlage mit einem Feststellbremsventil,
welches ein Ventilgehäuse,
einen pneumatischen Steuereingang, einen Druckluftversorgungseingang,
einen Arbeitsausgang und einen Entlüftungsausgang aufweist, wobei
der Arbeitsausgang mit mindestens einem Federspeicherzylinder in
Verbindung steht.
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Nutzfahrzeugbremsanlagen
umfassen ein Betriebsbremssystem und ein Feststellbremssystem. Beide
Systeme werden meist unabhängig
voneinander pneumatisch beziehungsweise elektropneumatisch gesteuert.
Im Zusammenhang mit der elektropneumatischen Steuerung ist es wesentlich,
eine pneumatische Rückfallebene – einen
so genannten pneumatischen ”Backup” – zur Verfügung zu
stellen, wodurch ermöglicht
wird, dass auch bei einer Störung
auf der elektrischen Ebene eine sicherheitstechnisch ausreichende
Bremswirkung, die so genannte Hilfsbremswirkung, zur Verfügung gestellt
wird.
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Feststellbremssysteme
von Nutzfahrzeugen umfassen meist Federspeicherzylinder, die in
ihrem entlüfteten
Zustand das Fahrzeug bremsen, während die
Feststellbremse durch Belüften
der Federspeicherzylinder gelöst
werden kann. Im Zusammenhang mit elektropneumatischen Systemen wurde
bereits vorgeschlagen (
DE
10 2004 010 743 A1 ;
DE 102 47 812 C1 ), die Betriebsbremse durch
das Feststellbremssystem zu unterstützen, insbesondere durch gezieltes
und gestuftes Entlüften
der Federspeicherzylinder, um hierdurch eine zusätzliche Bremskraft zur Verfügung zu
stellen. In diesem Zusammenhang ist es aber problematisch, dass
bei einem Stromausfall oder einem sonstigen Versagen des elektrischen Systems
eine derartige Unterstützung
der Betriebsbremse durch die Feststellbremse, die über die
elektrische Verknüpfung
erfolgt, nicht mehr möglich
ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Betriebsbremssystem
mit dem Feststellbremssystem in der Weise zu verknüpfen, dass
auch im Falle eines elektrischen Fehlers eine Unterstützung der
Betriebsbremse durch das Feststellbremssystem möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Die
Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Nutzfahrzeugbremsanlage
dadurch auf, dass das Feststellbremsventil einen pneumatischen Zusatzsteuereingang
aufweist, der mit einer Ventileinrichtung in Verbindung steht, wobei
die Ventileinrichtung in ihrem bestromten Zustand den Zusatzsteuereingang
entlüftet
und in ihren stromlosen Zustand den Zusatzsteuereingang mit einer
Steuerdruckquelle verbindet. Das Feststellbremsventil wird in die Nutzfahrzeugbremsanlage
eingebaut, indem sein Arbeitsausgang mit den Federspeicherzylindern
des Feststellbremssystems verbunden wird, der Steuereingang von
den Magnetventilen der elektrischen Feststellbremse angesteuert
wird und der Zusatzsteuereingang über eine weitere elektrisch
ansteuerbare Ventileinrichtung mit der Steuerdruckquelle in Verbindung
steht. Diese weitere elektrische Ventileinrichtung entlüftet im
bestromten Zustand den Zusatzsteuerraum des Feststellbremsventils,
so dass dessen Steuerfunktionen mit denjenigen eines herkömmlichen
Feststellbremsventils vergleichbar sind. Fällt jedoch der Strom aus, so
wird der Zusatzsteuereingang mit einem Steuerdruck in Verbindung
gebracht. Folglich kann, ausgehend von einem Zustand mit geschlossener
Entlüftung
und geöffneter
Belüftung
durch einen Steuerdruck am Zusatzsteuereingang die Belüftung geschlossen
werden beziehungsweise geschlossen gehalten werden, während die Entlüftung öffnet. Da
durch das damit bewirkte Entlüften
des Arbeitsausgangs der Entlüftungsventilsitz wieder
schließt,
kann sich am Arbeitsausgang und somit in den Federspeicherzylindern
ein Druck einstellen, der von dem dem Zu satzsteuereingang zugeführten Steuerdruck
und somit von dem vom Fußbremsventil
ausgesteuerten Druck abhängt.
Die elektrische Ventileinrichtung, die das Feststellbremsventil mit
der Steuerdruckwelle koppelt, kann dabei in beliebiger Weise ausgestaltet
sein, so lange sie die zuvor beschriebene Funktionalität im Hinblick
auf die Bestromung erfüllt.
Beispielsweise kann die Ventileinrichtung als 3/2-Wegeventil oder
auch als Parallelschaltung von 2/2-Wegeventilen realisiert sein.
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Nützlicherweise
ist vorgesehen, dass die Steuerdruckquelle ein Fußbremsventil
ist. Das Fußbremsventil
kann somit direkt den Steuerdruck für den Zusatzsteuerraum zur
Verfügung
stellen, wenn das zwischengeschaltete Magnetventil im elektrischen
Fehlerfall geöffnet
ist. Ebenso ist es möglich, den
Steuerdruck an einem Steuerausgang eines Anhängersteuermoduls zu entnehmen.
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Die
Erfindung ist in nützlicher
Weise dadurch weitergebildet, dass der Steuereingang mit einem an einen
Steuerkolben angrenzenden Steuerraum verbunden ist, dass ein verschiebbarer
Ventilsitzkolben vorgesehen ist, der einen Belüftungsventilsitz, über den
der Druckluftversorgungseingang mit dem Arbeitsausgang koppelbar
ist, und einen mit dem Steuerkolben zusammenwirkenden Entlüftungsventilsitz, über den
der Arbeitsausgang mit dem Entlüftungsausgang
koppelbar ist, aufweist, dass durch Belüften des Steuerraums der Steuerkolben
in der Weise verschiebbar ist, dass der Entlüftungsventilsitz schließt und der Belüftungsventilsitz öffnet, und
durch Entlüften
des Steuerraums der Steuerkolben in der Weise verschiebbar ist,
dass der Belüftungsventilsitz schließt und der
Entlüftungsventilsitz öffnet, dass
ein pneumatischer Zusatzsteuereingang vorgesehen ist, der mit einem
an einen Zusatzsteuerkolben angrenzenden Zusatzsteuerraum verbunden
ist, dass, ausgehend von einem Zustand mit belüftetem Steuerraum, durch Belüften des
Zusatzsteuerraums der Zusatzsteuerkolben in der Weise verschiebbar
ist, dass der Belüftungsventilsitz
schließt
und der Entlüftungsventilsitz öffnet, und
dass durch das damit bewirkte Entlüften des Arbeitsausgangs der
Entlüftungsventilsitz
schließt,
so dass sich am Arbeitsausgang ein Arbeitsdruck einstellt, der von
einem dem Zusatzsteuereingang zugeführten Steuerdruck abhängt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Bremsanlage
kann vorgesehen sein, dass sich der Ventilsitzkolben über mindestens
eine Feder an dem Ventilgehäuse
abstützt.
Hierdurch wird beispielsweise bei entlüftetem Steuerraum der Belüftungsventilsitz
geschlossen.
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Insbesondere
ist es in diesem Zusammenhang nützlich,
dass der Belüftungsventilsitz
des Ventilsitzkolbens mit dem Ventilgehäuse zusammenwirkt. Bei drucklosem
Arbeitsausgang und entlüftetem
Steuerraum wird auf diese Weise der Ventilsitzkolben mit einer konstanten
Kraft gegen das Ventilgehäuse
zum Schließen
des Belüftungsventilsitzes
gedrückt.
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Nützlicherweise
ist vorgesehen, dass sich der Zusatzsteuerkolben über mindestens
eine Feder an dem Ventilgehäuse
abstützt
und den Steuerkolben durch Belüften
des Zusatzsteuerraums bei seiner Bewegung gegen die Kraft der Feder
mitnimmt. Das Belüften
des Zusatzsteuerraums nimmt also Einfluss auf die Ventilfunktionen,
indem der Steuerkolben direkt durch den Zusatzsteuerkolben verschoben wird,
wodurch dann auch der Zustand der Ventilsitze beeinflusst wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass sich der Ventilsitzkolben über mindestens eine
Feder an einem Federlager des Zusatzsteuerkolbens abstützt und
dass der Zusatzsteuerkolben mehrteilig ausgebildet ist, wobei das
Federlager in einem inneren Teil des Zusatzsteuerkolbens angeordnet
ist uns der Zusatzsteuerraum an einen äußeren Teil des Zusatzsteuerkolbens
angrenzt. Es ist also nicht erforderlich, dass sich der Ventilsitzkolben
direkt am Ventilgehäuse
abstützt.
Vielmehr kann auch vorgesehen sein, am Zusatzsteuerkolben ein Federlager
vorzusehen, das die den Ventilsitzkolben abstützende Feder und damit den
Ventilsitzkolben trägt. Da
der innere Teil des Ventilsitzkolbens und somit auch das Federlager
verschiebbar sind, kann der Ventilsitzkolben nicht nur relativ zu seinem
Federlager verschoben werden, sondern auch zusammen mit dem inneren
Teil des Zusatzsteuerkolbens.
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In
diesem Zusammenhang ist dann besonders nützlich, dass der Belüftungsventilsitz
des Ventilsitzkolbens mit dem äußeren Teil
des Zusatzsteuerkolbens zusammenwirkt. Auf diese Weise wird sichergestellt,
dass durch Belüften
des Zusatzsteuerraums ein Verschließen des Belüftungsventilsitzes bei gleichzeitigem
Verschieben des Zusatzsteuerkolbens erfolgen kann, wodurch letztlich
das Öffnen
des Entlüftungsventilsitzes
herbeigeführt
wird.
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Dies
ist konstruktiv weiterhin dadurch in nützlicher Weise ausgeführt, dass
sich der innere Teil des Zusatzsteuerkolbens über mindestens eine Feder an dem
Ventilgehäuse
abstützt
und dass der äußere Teil des
Zusatzsteuerkolbens durch Belüften
des Zusatzsteuerraums bei seiner Bewegung gegen die Kraft der Feder
den Ventilsitzkolben mitnimmt.
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Weiterhin
kann auch vorgesehen sein, dass der äußere Teil des Zusatzsteuerkolbens
durch Belüften
des Zusatzsteuerraums bei seiner Bewegung gegen die Kraft der Feder
den inneren Teil des Zusatzsteuerkolbens mitnimmt.
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Die
Erfindung ist in besonders nützlicher Weise
dadurch weitergebildet, dass für
den Arbeitsdruck eine Druckbegrenzung realisiert ist. Diese Druckbegrenzung
erfolgt dadurch, dass der Arbeitsdruck einen entscheidenden Ein fluss
auf die Stellung des Ventils nimmt. Das Feststellbremsventil kann beispielsweise
so ausgelegt werden, dass ab einem bestimmten Arbeitsdruck bei jeder
weiteren Arbeitsdruckerhöhung
der Entlüftungsventilsitz öffnet, so dass
eine weitere Erhöhung
des Arbeitsdruckes tatsächlich
nicht möglich
ist. Ist der Arbeitsausgang mit den Federspeicherzylindern gekoppelt,
so hat dies den Vorteil, dass ein Entlüften der Federspeicherzylinder
ausgehend von einem Druckniveau erfolgt, das niedriger als der Versorgungsdruck
ist. Folglich sprechen die Federspeicherzylinder durch ein Entlüften rasch
an, da zunächst
keine wirkungslose Druckdifferenz überbrückt werden muss. Dies ist insbesondere im
Hinblick auf die Unterstützung
der Betriebsbremse durch die Feststellbremse nützlich, da so ein träges Ansprechverhalten
der Feststellbremse vermieden werden kann.
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Die
Erfindung ist in besonders nützlicher Weise
dadurch weitergebildet, dass der Arbeitsdruck bei entlüftetem Zusatzsteuerraum
in einem niedrigen Arbeitsdruckintervall über eine erste Proportionalitätskonstante
proportional zu dem dem Steuerraum zugeführten Steuerdruck ist und dass
der Arbeitsdruck bei entlüftetem
Zusatzsteuerraum in einem höheren
Arbeitsdruckintervall über
eine zweite Proportionalitätskonstante
proportional zu dem dem Steuerraum zugeführten Steuerdruck ist, wobei
die erste Proportionalitätskonstante
größer ist
als die zweite Proportionalitätskonstante.
Auch hierdurch wird das Ansprechverhalten der Feststellbremse verbessert, denn
aufgrund der niedrigen zweiten Proportionalitätskonstante ist der Druck im
Federspeicherzylinder auch bei maximalem Steuerdruck niedriger als
der Versorgungsdruck, da der Druck im Federspeicherzylinder während des
hohen Arbeitsdruckintervalls langsamer ansteigt als während des
niedrigen Arbeitsdruckintervalls.
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Im
Hinblick auf die Zusatzsteuerfunktion ist es besonders nützlich,
dass sich der Zusatzsteuerkolben bei entlüftetem Zusatzsteuerraum über eine erste
Feder an dem Ventilgehäuse
abstützt
und nach einer durch Belüften
des Zusatzsteuerraums bewirkten Verschiebung zusätzlich über eine zweite Feder an dem
Ventilgehäuse
abstützt,
so dass der Arbeitsdruck in einem hohen Arbeitsdruckintervall über eine erste
Proportionalitätskonstante
umgekehrt proportional zu dem dem Zusatzsteuerraum zugeführten Steuerdruck
ist und der Arbeitsdruck bei entlüftetem Zusatzsteuerraum in
einem niedrigen Arbeitsdruckintervall über eine zweite Proportionalitätskonstante umgekehrt
proportional zu dem dem Zusatzsteuerraum zugeführten Steuerdruck ist, wobei
die erste Proportionalitätskonstante
größer ist
als die zweite Proportionalitätskonstante.
Hierdurch erfolgt während
des anfänglichen
Druckaufbaus im Zusatzsteuerraum eine rasche Druckabnahme in den
Federspeicherzylindern, die bei weiterem Druckaufbau im Zusatzsteuerraum
geringer wird, so dass dann im entscheidenden Bereich des Arbeitsdrucks
eine genaue Steuerung des Arbeitsdrucks durch Variation des Drucks
im Zusatzsteuerraum erreicht werden kann.
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand
besonders bevorzugter Ausführungsformen
beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nutzfahrzeugbremsanlage
sowie einer zugeordneten Druckluftversorgung;
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2 eine
Schnittansicht einer ersten Ausführungsform
eines Feststellbremsventils;
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3 eine
Druckkennlinie für
ein Feststellbremsventil gemäß 2;
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4 eine
weitere Druckkennlinie für
ein Feststellbremsventil gemäß 2;
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5 eine
Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Feststellbremsventils;
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6 eine
Druckkennlinie für
ein Feststellbremsventil gemäß 5;
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7 eine
weitere Druckkennlinie für
ein Feststellbremsventil gemäß 5 und
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8 eine
Druckkennlinie für
eine spezielle Ausführungsform
eines Feststellbremsventils.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche
Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nutzfahrzeugbremsanlage
sowie einer zugeordneten Druckluftversorgung. Die Bremsanlage wird
von einem Kompressor 60 über eine Luftaufbereitungsanlage 62 mit
Druckluft versorgt. Die Luftaufbereitungsanlage 62 steht
einerseits mit einem beispielhaft dargestellten Vorratsbehälter 64 sowie
mit einem elektrischen Feststellbremsmodul 66 in Verbindung.
An dem Vorrat 64 sind ein Fußbremsventil 58 sowie
ein Betriebsbremsmodul 68, beispielsweise ein ABS- oder
EBS-Modul, angeschlossen. Das Betriebsbremsmodul 68 steht
mit Betriebsbremszylindern 70, 72 in Verbindung. Über das
Fußbremsventil 58 kann
das Betriebsbremsmodul 68 elektrisch unmittelbar oder mittelbar über ein Steuergerät, beispielsweise
ein ABS-Steuergerät oder ein
EBS-Steuergerät,
angesteuert werden. Weiterhin ist das Fußbremsventil 58 pneumatisch
mit dem Betriebsbremsmodul 68 verbunden. Ebenfalls liegt
eine pneumatische Verbindung der Ausgangsseite des Fußbremsventils 58 mit
einem Steuereingang 76 eines Anhängersteuermoduls 74 vor.
Ausgangsseitig verfügt
das Anhängersteuermodul 74 über einen
Versorgungsausgang 78 sowie einen Steuerausgang 80 für eine Anhängerbremsanlage. Das
Anhän gersteuermodul 74 weist
weiterhin einen Entlüftungsausgang 82 auf.
Ein weiterer Steuereingang 84 des Anhängersteuermoduls 74 ist
mit dem Feststellbremsmodul 66 gekoppelt.
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Innerhalb
des Feststellbremsmoduls 66 sind drei Magnetventile 88, 88, 90,
ein als Relaisventil ausgelegtes Feststellbremsventil 10 und
ein Drucksensor 92 angeordnet. Die Magnetventile 86, 88, 90 und
der Drucksensor 92 stehen mit einer elektronischen Steuerung 94 des
Feststellbremsmoduls 66 in Verbindung. Die Magnetventile 86, 88, 90 und
das Feststellbremsventil 10 werden aus der Luftaufbereitungsanlage 62 über ein
Rückschlagventil 96 mit Druckluft
versorgt. Das Feststellbremsmodul 66 kann wahlweise auf
der Grundlage der Ansteuerung eines der als 3/2-Wegeventile ausgebildeten
Magnetventile 86, 88 arbeiten, wobei das auf das
Rückschlagventil 96 folgende
Magnetventil 86 ein monostabiles Magnetventil und das weitere
Magnetventil 88 ein bistabiles Magnetventil ist. Das weitere
Magnetventil 90 ist als 2/2-Wegeventil ausgestaltet. Das
Feststellbremsventil 10 hat einen mit dem 2/2-Wegeventil 90 gekoppelten
Steuereingang 12, einen Druckluftversorgungseingang 18 und
einen Arbeitsausgang 20. Weiterhin ist ein Entlüftungsausgang 22 vorgesehen.
Der Arbeitsausgang 20 ist mit Federspeicherzylindern 52, 54 gekoppelt,
und der Druck am Arbeitsausgang 20 und somit in den Federspeicherzylindern 52, 54 wird durch
den Drucksensor 92 gemessen. Das Feststellbremsventil 10 hat
einen Zusatzsteuereingang 30, der über ein als 3/2- Wegeventil ausgestaltetes
Magnetventil 56 mit dem Fußbremsventil 58 in
Verbindung steht. Dieses Magnetventil 56 wirkt als Backup-Magnetventil.
Im stromlosen Zustand verbindet das Backup-Magnetventil 56 das
Fußbremsventil 58 mit
dem Zusatzsteuereingang 30. Wird das Backupmagnetventil 56 bestromt,
so wird der Zusatzsteuereingang 30 des Feststellbremsventils 10 entlüftet.
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Im
Hinblick auf die Feststellbremsfunktion arbeitet die Bremsanlage
wie folgt. Befindet sich das 2/2-Wegeventil 90 in seinem
geöffneten
Zustand, so kann der Steuereingang 12 des Feststellbremsventils mittels
der 3/2-Wegeventile 86, 88 belüftet oder
entlüftet
werden. Demzufolge wird der Arbeitsausgang 20 entweder
mit dem Druckluftversorgungseingang 18 oder mit dem Entlüftungsausgang 22 gekoppelt. Folglich
können
die Federspeicherzylinder 52, 54 belüftet oder
entlüftet
werden. Ebenso wird in Abhängigkeit
der Stellung der 3/2-Wegeventile 86, 88 auch der
zusätzliche
Steuereingang 84 des Anhängersteuermoduls 74 entweder
belüftet
oder entlüftet,
wobei bei entlüftetem
Steuereingang 84 die Anhängerbremse belüftet wird,
wodurch sie ihre Bremswirkung entfaltet. Durch das Zusammenspielen
des 2/2-Wegeventils mit dem zum Einsatz kommenden 3/2-Wegeventil 86, 88 kann
weiterhin eine Testfunktion realisiert werden. Sind die Federspeicherzylinder 52, 54 aufgrund
eines entlüfteten
Steuereingangs 12 des Feststellbremsventils 10 entlüftet, so
kann das 2/2-Wegeventil 90 in
seinen geschlossenen Zustand überführt werden.
Die Stellung der 3/2-Wegeventile 86, 88 hat somit keinen
Einfluss mehr auf die Federspeicherzylinder 52, 54.
Allerdings bleibt der Einfluss auf das Anhängersteuermodul 74.
Folglich kann der Steuereingang 84 des Anhängersteuermoduls 74 kurzzeitig
belüftet
werden, was zu einem Entlüften der
Anhängerbremsanlage
und somit zu einem Aufheben der Bremswirkung der Anhängerbremsanlage führt. Der
gesamte Zug, bestehend aus Zugfahrzeug und Anhänger, muss in diesem Zustand
allein durch die Feststellbremse des Zugfahrzeugs gehalten werden,
so dass geprüft
werden kann, ob bei einem geparkten Nutzfahrzeugzug auch bei einem
Druckverlust im Anhänger
noch eine ausreichende Bremswirkung zur Verfügung steht.
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Im
Hinblick auf die Unterstützung
der Betriebsbremse durch die Feststellbremse arbeitet die dargestellte
Bremsanlage wie folgt. Bei intakter Anlage wird das Backupmagnetventil 56 bestromt,
so dass der Zusatzsteuereingang 30 des Relaisventils entlüftet wird.
Jegliche Unterstützung
der Betriebsbremse durch die Feststellbremse erfolgt somit auf der
elektrischen Ebene. Fällt
jedoch das elektrische System des Nutzfahrzeugs aus, so fällt das
Backup-Magnetventil 56 in seinen stromlosen Zustand, und
insofern verbindet es das Fußbremsventil 58 pneumatisch
mit dem Zusatzsteuereingang 30 des Feststellbremsventils 10.
Wird bei einer Bremsung der Zusatzsteuereingang 30 belüftet, so
können
hierdurch in Abhängigkeit
des Steuerdrucks am Zusatzsteuereingang 30 die Federspeicherzylinder 52 mehr oder
weniger entlüftet
werden, so dass die Betriebbremse gemäß vorgegebener Druckkennlinien (Druck
am Zusatzsteuereingang gegen Druck im Federspeicherzylinder) durch
die Feststellbremse auch bei Ausfall des elektrischen Systems unterstützt werden
kann.
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Das
Backup-Magnetventil 56 muss nicht notwendigerweise als
3/2-Wegeventil ausgelegt sein, es können auch andere Ventileinrichtungen
mit vergleichbarer Funktionalität
verwendet werden, beispielsweise zwei parallel geschaltete 2/2-Wegeventile.
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Weiterhin
ist nicht unbedingt erforderlich, dass das Backupmagnetventil 56 vom
Fußbremsventil 58 mit
Steuerdruck versorgt wird. Ebenfalls ist es denkbar, die Druckluft
von der Ausgangsteuerleitung 80 des Anhängersteuermoduls 74 zu
beziehen.
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2 zeigt
eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Feststellbremsventils.
Das Feststellbremsventil 10 umfasst ein Ventilgehäuse 100 mit
einem Steuereingang 12, einem Druckluftversorgungseingang 18,
einem Arbeitsausgang 20 und einem Entlüftungsausgang 22.
Das Feststellbremsventil 10 ist in einem Zustand dargestellt,
in dem ein dem Steuereingang 12 zugeordneter Steuerraum 16 belüftet ist.
An den Steuerraum 16 grenzt ein Steuerkolben 14 an.
Auf seiner dem Steuerraum 16 abgewandten Seite wirkt der
Steuerkolben 14 mit einem Entlüftungsventilsitz 28 eines
Ventilsitzkolbens 24 zusammen. Dieser Ventilsitzkolben 24 stützt sich über eine
Feder 40 am Ventilgehäuse
ab, wobei die Federkraft der Feder 40 den Ventilsitzkolben
bei entlüftetem
Steuerraum 16 gegen das Ventilgehäuse drückt, wodurch ein Belüftungsventilsitz 26 zur
Wirkung kommt. Weiterhin ist ein Zusatzsteuerkolben 32 vorgesehen,
der zusammen mit dem Ventilgehäuse 100 einen
mit dem Zusatzsteuereingang 30 in Verbindung stehenden
Zusatzsteuerraum 38 definiert. Die dem Zusatzsteuerraum 38 abgewandte
Seite des Zusatzsteuerkolbens 32 ist einem Federraum 102 zugewandt,
der über
eine Entlastungsbohrung 104 mit der Atmosphäre verbunden
ist. In dem Federraum 102 ist eine erste Feder 42 vorgesehen,
die den Zusatzsteuerkolben 32 in jedem Zustand am Ventilgehäuse 100 abstützt, während eine
zweite Feder 44, die ebenfalls in dem Federraum 102 vorgesehen
ist, den Zusatzkolben 32 nur dann zusätzlich am Ventilgehäuse 100 abstützt, wenn
die erste Feder 42 bereits um ein gewisses Maß komprimiert
ist.
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Im
Hinblick auf die herkömmliche
Steuerung der Feststellbremse, das heißt insbesondere bei entlüftetem Zusatzsteuereingang 30,
arbeitet das Feststellbremsventil 10 wie folgt, wobei insbesondere auch
Bezug auf 3 genommen wird. 3 zeigt eine
Druckkennlinie für
ein Feststellbremsventil gemäß 2.
Bei entlüftetem
Steuerraum 16 befindet sich der Steuerkolben 14 in
einer Position, die das Schließen
des Belüftungsventilsitzes 26 zulässt, so dass
der Arbeitsausgang 20 von dem Druckluftversorgungseingang 18 getrennt
ist. Jeglicher Druck am Arbeitsausgang 20 würde dann
durch die auf die Wirkfläche 106 des
Steuerkolbens 14 wirkende Kraft zu einem Abheben des Steuerkolbens
vom Entlüftungsventilsitz 28 führen, so
dass letztlich bei entlüftetem
Steuerraum 16 ein entlüfteter
Arbeitsausgang 20 vorliegt. Wird nun der Steuerraum 16 über den Steuereingang 12 belüftet, so
führt dies
dazu, dass zunächst
der Entlüftungsventilsitz 28 schließt und nachfolgend
der Belüftungsventilsitz 26 öffnet. Befindet
sich der Steuerdruck im Steuerraum 16 dann auf einem Niveau
im Bereich zwischen 0 und dem Druck pST1 (siehe 3),
so stellt sich ein hierzu proportionaler Druck am Arbeitsausgang 20 ein,
der auf einem entsprechenden Niveau zwischen 0 und dem Druck pFS1 liegt, denn der Druck am Arbeitsausgang 20 wirkt zumindest
auf die Wirkfläche 106 des
Steuerkolbens 14 und treibt diesen dann wieder in die Richtung,
in der der Belüftungsventilsitz
schließt.
Eine weitere Druckerhöhung
im Steuerraum 16 führt
wieder zu einem Öffnen
des Belüftungsventilsitzes 26,
damit aber auch zu einer Erhöhung
des Arbeitsdruckes 20, was dann wiederum eine größere Krafteinwirkung
auf die Wirkfläche 106 des
Steuerkolbens 14 nach sich zieht. Folglich stellt sich
ein höherer
Druck am Arbeitsausgang 20 ein. Die Druckkennlinie zwischen
den Drücken
am Arbeitsausgang beziehungsweise in den Federspeicherzylindern
pFS und dem Druck im Steuerraum 16 pST folgt daher bis zu einem gewissen Steuerdruck
pST1 einer Kennlinie mit einer ersten Proportionalitätskonstante.
Wird nun der Druck im Steuerraum 16 weiter über das
Niveau pST1 erhöht, so kann durch den nun wiederum
erhöhten
Arbeitsdruck pFS am Arbeitsausgang 20 auch
der Zusatzsteuerkolben 32 angehoben werden, da auch dieser
eine dem Arbeitsausgang 20 zugewandte Wirkfläche 108 aufweist.
Der Wirkfläche
des Steuerkolbens 14 auf der Seite des Steuerraums 16,
die unverändert
ist, steht nun eine vergrößerte Wirkfläche auf
der entgegengesetzten Seite entgegen, nämlich die Wirkfläche 106 des
Steuerkolbens 14 und die Wirkfläche 108 des Zusatzsteuerkolbens.
Insofern hat eine weitere Druckerhöhung im Steuerkolben 16 einen
geringeren Einfluss auf die Druckerhöhung am Arbeitsausgang, da
mehr zusätzlicher
Druck im Steuerraum 16 erforderlich ist, um die Verbindung
aus Steuerkolben 14 und Zusatzsteuerkolben 32 in
eine den Belüftungsventilsitz 26 öffnende
Richtung zu treiben. Letztlich liegt bei maximalem Druck pST2 im Steuerraum 16 ein begrenzter
Druck pFS2 am Arbeitsausgang 20 vor.
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Im
Hinblick auf die Backupfunktion arbeitet das Feststellbremsventil 10 gemäß 2 wie
folgt, wobei insbesondere auch Bezug auf 4 genommen
wird. 4 zeigt eine weitere Druckkennlinie für ein Feststellbremsventil
gemäß 2.
Bei maximalem Steuerdruck im Steuerraum liegt am Arbeitsausgang 20 der
maximale Arbeitsdruck pFS2 vor. Wird ausgehend
von diesem Zustand, der dem in 2 dargestellten
Ventilzustand entspricht, der Zusatzsteuerdruck pZST erhöht, so hebt
sich der Zusatzsteuerkolben 32 aus seinem dargestellten
Zustand und nimmt den Steuerkolben 14 mit. Folglich schließt der Belüftungsventilsitz 26,
und der Entlüftungsventilsitz 28 öffnet. Dies
führt zu
einer Druckabnahme des Drucks pFS am Arbeitsausgang 20,
wobei diese Druckabnahme proportio nal zum Zusatzsteuerdruck erfolgt,
denn der Druck am Arbeitsausgang 20 wird bei einem bestimmten
Druckniveau im Steuerraum 16 nur so lange abnehmen, bis
der Steuerkolben 14 den Entlüftungsventilsitz 28 aufgrund
der abnehmenden Kraft auf die Wirkfläche 106 des Steuerkolbens 14 und
die Wirkfläche 108 des
Zusatzsteuerkolbens 32 wieder schließt. Insofern sinkt der Arbeitsdruck proportional
zum Zusatzsteuerdruck, was ein gesteuertes Entlüften der am Arbeitsausgang 20 angeschlossenen
Federspeicherzylinder ermöglicht.
Die in 4 dargestellte Kennlinie hat eine konstante beziehungsweise
eine nahezu konstante Steigung, wenn die in 2 mit Bezugszeichen 44 gekennzeichnete
Feder fehlt. Auf die Bedeutung dieser zusätzlichen Feder 44 wird
im Zusammenhang mit der Beschreibung von 8 eingegangen.
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5 zeigt
eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Feststellbremsventils.
Das hier dargestellte Feststellbremsventil 10 umfasst ein Ventilgehäuse 100 mit
einem Steuereingang 12, einem Druckluftversorgungseingang 18,
einem Arbeitsausgang 20 und einem Entlüftungsausgang 22. Weiterhin
ist ein Ausgang 110 vorgesehen, an dem der dem Druckluftversorgungseingang 18 zugeführte Druck
ansteht. Über
diesen zusätzlichen
Ausgang 110 kann beispielsweise die Anhängerbremsanlage versorgt werden.
Der Steuereingang 12 steht mit einem Steuerraum 16 in
Verbindung, an den ein Steuerkolben 14 angrenzt. Der Steuerkolben 16 und
damit das Feststellbremsventil 10 sind in einer Ventilstellung
mit entlüfte tem
Steuerraum 16 dargestellt. Weiterhin ist ein Ventilsitzkolben 24 vorgesehen.
Dieser umfasst einen Entlüftungsventilsitz 28, über den der
Arbeitsausgang 20 mit dem Entlüftungsausgang 22 verbunden
werden beziehungsweise gegen diesen abgesperrt werden kann. Der
Ventilsitzkolben 24 hat weiterhin einen Belüftungsventilsitz 26. Über den Belüftungsventilsitz 26 kann
der Arbeitsausgang 20 mit dem Druckluftversorgungseingang 18 verbunden beziehungsweise
gegen diesen abgesperrt werden. In der dargestellten Stellung des
Feststellbremsventils 10 ist der Druckluftversorgungseingang 18 von dem
Arbeitsausgang 20 getrennt, während der Arbeitsausgang 20 mit
dem Entlüftungsausgang 22 verbunden
ist. Der Ventilsitzkolben 24 wirkt in zweifacher Hinsicht
mit einem zweiteiligen Zusatzsteuerkolben 34, 36 zusammen.
Ein äußerer Teil 36 des
Zusatzsteuerkolbens 34, 36 bildet zusammen mit
dem Ventilsitzkolben 24 den Belüftungsventilsitz 26,
während
ein innerer Teil 34 des Zusatzsteuerkolbens 34, 36 ein
Federlager 48 für
den Ventilsitzkolben 24 bildet. Das Federlager nimmt eine
Feder 46 auf, und der Raum, in dem die Feder 46 zwischen
dem Ventilsitzkolben 24 und dem inneren Teil 34 des
Zusatzsteuerkolbens angeordnet ist, weist eine nicht dargestellte
Druckentlastung auf, beispielsweise in Form einer Bohrung, die den
die Feder 46 aufnehmenden Raum mit dem dem Arbeitsausgang 20 zugewandten Raum
verbindet. Der innere Teil 34 des Zusatzsteuerkolbens 34, 36 ist über eine
Feder 50 am Ventilgehäuse 100 abgestützt, wobei
der innere Teil 34 den äußeren Teil 36 des
Zusatzsteuerkolbens 34, 36 mittels ihrer gestuften aneinander
liegenden Konturen trägt.
Der Zusatzsteuereingang 30 steht mit einem Zusatzsteuerraum 38 in
Verbindung, der auf den äußeren Teil 36 des
Zusatzsteuerkolbens 34, 36 wirkt.
-
Das
in 5 dargestellte Feststellbremsventil 100 wirkt
im Hinblick auf die herkömmlichen
Steuerfunktionen der Feststellbremse wie folgt, wobei in diesem
Zusammenhang zusätzlich
auf 6 Bezug genommen wird. 6 zeigt
eine Druckkennlinie für ein
Feststellbremsventil gemäß 5.
Wird der Steuerdruck pST im Steuerraum 16 erhöht, so bewegt sich
der Steuerkolben 14 auf den Entlüftungsventilsitz 28 zu.
Der Entlüftungsventilsitz 28 wird
verschlossen. Nachfolgend wird der Belüftungsventilsitz 28 unter
Kompression der den Ventilsitzkolben 74 lagernden Feder 46 geöffnet. Folglich
erhöht
sich der Druck am Arbeitsausgang 20. Der Steuerkolben 14 wird
zurückgetrieben,
bis der Belüftungsventilsitz 26 wieder
schießt
und sich insofern ein vom Steuerdruck abhängiger Arbeitsdruck pFS einstellt, der von den beteiligten Wirkflächen und
der Federkraft der Feder 46 abhängt. Bei einer weiteren Erhöhung des
Steuerdrucks pST wird der Belüftungssitz
wieder geöffnet; der
Arbeitsdruck steigt, wobei der Anstieg dann aber wiederum beendet
wird, wenn der Belüftungsventilsitz 26 aufgrund
des Zurückdrängens des
Steuerkolbens 14 wieder schließt. Die hierdurch zur Verfügung gestellte
Proportionalität
zwischen dem Arbeitsdruck pFS und dem Steuerdruck
pST bleibt bis zu einem Grenzarbeitsdruck
pFS1, der bei einem Steuerdruck pST1 erreicht wird, erhalten. Ausgehend von
diesem Zustand lässt
sich der Arbeitsdruck pFS nun nicht weiter
erhöhen,
da er ausreichend ist, um den Zusatzsteuerkolben 34, 36 gegen
die Kraft der sich am Ventilgehäuse 100 abstützenden
Feder 50 zu verschieben. Folglich wird der Belüftungsventilsitz 26 immer geschlossen
gehalten, so dass bis zum Erreichen des maximalen Steuerdrucks pST2 keine Druckerhöhung am Arbeitsausgang 20 mehr
zu erwarten ist. Während
typische Druckluftsysteme von Nutzfahrzeugen mit Drücken von
beispielsweise 10 bis 12 Bar arbeiten, kann auf der Grundlage der
Druckbegrenzungsfunktion des vorliegenden Feststellbremsventils 10 also
der Druck auf Werte von beispielsweise 5 bis 7 Bar begrenzt werden.
Dies hat den Vorteil, dass eine nachfolgende Entlüftung des
Arbeitsausgangs 20 beziehungsweise der daran angeschlossenen
Federspeicherzylinder ohne eine unnötige Verzögerung stattfindet kann.
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Im
Hinblick auf die Zusatzsteuerfunktion arbeitet das Feststellbremsventil
gemäß 5 wie folgt,
wobei weiterhin auch auf 7 Bezug genommen wird. 7 zeigt
eine weitere Druckkennlinie für ein
Feststellbremsventil gemäß 5.
Wird ausgehend von dem maximal erreichbaren Arbeitsdruck pFS1 der Zusatzsteuerraum 38 belüftet, so
wird der Zusatzsteuerkolben 34, 36 gegen die Kraft
der Feder 50 verschoben. Dies führt zum Öffnen des Entlüftungsventilsitzes 28 bei
geschlossenem Belüftungsventilsitz 26 und
folglich zu einer Druckabnahme am Arbeitsausgang 20. Diese
Druckabnahme am Arbeitsausgang 20 hat zur Folge, dass die
den Zusatzsteuerkolben 34, 36 in Richtung der
Kompression der Feder 50 treibende Kraft abnimmt und der
Entlüftungsventilsitz 28 bei
weiterhin geschlossenem Belüftungsventilsitz 26 wieder
schließt.
Bei einer weiteren Druckerhöhung
im Zusatzsteuerraum 38 kann dann eine weitere Entlüftung des
Arbeitsausgangs 20 erfolgen, wodurch letztlich eine umgekehrte
Proportionalität
zwischen dem Arbeitsdruck pFS und dem Zusatzsteuerdruck
pZST vorliegt.
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8 zeigt
eine Druckkennlinie für
eine spezielle Ausführungsform
eines Feststellbremsventils. Eine solche Kennlinie kann beispielsweise
mit einer Ventileinrichtung, wie sie im Zusammenhang mit 2 beschrieben
ist, realisiert werden. Der Knick in der Kennlinie beim Zusatzsteuerdruck
pZST1 resultiert aus der Anwesenheit von
zwei Federn 42, 44 im Federraum 102 des
Feststellbremsventils 10. Bei niedrigem Zusatzsteuerdruck
unterhab von pZST1 wirkt zunächst nur
die Feder 42 gegen den Zusatzsteuerdruck. Wird der Zusatzsteuerdruck
jedoch höher
als pZST1, so treibt dieser den Zusatzsteuerkolben 32 so weit
in Richtung Ventilgehäuse 100,
dass auch die Feder 44 zur Wirkung kommt. Oberhalb des
Zusatzsteuerdruckes pZST1 muss der Zusatzsteuerdruck
also stärker
erhöht
werden als unterhalb des Zusatzsteuerdruckes pZST1,
um dieselbe Arbeitsdruckerniedrigung herbeizuführen. Werden die Federkräfte nun
so ausgelegt, dass der Bereich oberhalb von pZST1 der entscheidende
Druckbereicht ist, in dem die Feststellbremse die Betriebsbremse
unterstützt,
so kann dieser Druckbereich schnell durch geringe Erhöhung des
Zusatzsteuerdruckes auf pZST1 erreicht werden, wobei
der Arbeitsdruck von pFSa auf pFSb abnimmt, während oberhalb
des Steuerdrucks pZST1 eine feinfühligere
Einstellung des Arbeitsdruckes erfolgen kann.
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Eine
Kennlinie, wie sie in 8 dargestellt wird, ist grundsätzlich auch
mit einem Feststellbremsventil 10 realisierbar, wie es
in 5 dargestellt ist, indem eine verzögert zur
Wirkung kommende zweite Feder neben der den Zusatzsteuerkolben 34, 36 lagernden
Feder 50 angeordnet ist.
-
Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den
Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
-
- 10
- Feststellbremsventil
- 12
- Steuereingang
- 14
- Steuerkolben
- 16
- Steuerraum
- 18
- Druckluftversorgungseingang
- 20
- Arbeitsausgang
- 22
- Entlüftungsausgang
- 24
- Ventilsitzkolben
- 26
- Belüftungsventilsitz
- 28
- Entlüftungsventilsitz
- 30
- Zusatzsteuereingang
- 32
- Zusatzsteuerkolben
- 34
- Zusatzsteuerkolben
- 36
- Zusatzsteuerkolben
- 38
- Zusatzsteuerraum
- 40
- Feder
- 42
- Feder
- 44
- Feder
- 46
- Feder
- 48
- Federlager
- 50
- Feder
- 52
- Federspeicherzylinder
- 54
- Federspeicherzylinder
- 56
- Ventileinrichtung
- 58
- Fußbremsventil
- 60
- Kompressor
- 62
- Luftaufbereitungsanlage
- 64
- Vorratsbehälter
- 66
- Feststellbremsmodul
- 68
- Betriebsbremsmodul
- 70
- Betriebsbremszylinder
- 72
- Betriebsbremszylinder
- 74
- Anhängersteuermodul
- 76
- Steuereingang
- 78
- Versorgungsausgang
- 80
- Steuerausgang
- 82
- Entlüftungsausgang
- 84
- Steuerausgang
- 86
- 3/2-Wegeventil
- 88
- 3/2-Wegeventil
- 90
- 2/2-Wegeventil
- 92
- Drucksensor
- 94
- Steuerung
- 96
- Rückschlagventil
- 100
- Ventilgehäuse
- 102
- Federraum
- 104
- Entlastungsbohrung/Federraum
- 106
- Wirkfläche
- 108
- Wirkfläche
- 110
- Ausgang