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Die
Erfindung betrifft eine Druckregelvorrichtung für elektro-pneumatische Bremsanlagen
von Fahrzeugen gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches.
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Eine
solche Druckregelvorrichtung ist aus der
DE 40 04 502 A1 bekannt.
Die Druckregelvorrichtung für
elektro-pneumatische Bremsanlagen von Fahrzeugen hat einen Druckluftvorrat,
einen Verbraucher, der mit dem Druckluftvorrat verbindbar ist und
einen Bremswertgeber, der ein elektrisches Signal für eine elektronische
Steuerung erzeugt. Ein Drucksensor mißt den Druck, mit dem der Verbraucher
beaufschlagt ist und erzeugt ein diesem Druck entsprechendes elektrisches
Signal, das der elektronischen Steuerung zuführbar ist. Es sind zwei Ventilgruppen
vorgesehen, die Magnetventile und/oder Membranventile enthalten.
Die erste Ventilgruppe hat ein mit dem Druckluftvorrat verbundenes
Einlaßventil
und ein mit Atmosphären
verbindbares Auslaßventil.
Diese beiden Ventile werden elektrisch von der elektronischen Steuerung
angesteuert. Der Auslaß des
Einlaßventiles
der ersten Ventilgruppe ist mit einer zweiten Ventilgruppe verbunden,
die für
einen redundanten Nebenbremskreis vorgesehen ist. Ein erstes Ventil
dieser zweiten Gruppe ist einlaßseitig
wahlweise mit dem Ausgang der ersten Ventilgruppe oder einem pneumatischen
Steuerventil des Bremswertgebers verbindbar und ausgangsseitig mit
dem Verbraucher. Dieses Ventil wird pneumatisch über ein Vorsteuerventil angesteuert,
dessen Eingang mit dem Ausgang der ersten Ventilgruppe und dessen
Ausgang mit dem Steuereingang des zu steuernden Ventiles verbunden
ist. Das Vorsteuerventil seinerseits wird elektrisch von der elektronischen
Steuerung angesteuert. Bei Ausfall der elektronischen Steuerung
ist der Nebenbremskreis aktiviert, während bei funktionierender
elektronischer Steuerung und funktionierender erster Ventilgruppe
ein Hauptbremskreis aktiviert ist.
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Die
DE 24 42 805 A1 beschreibt
eine Blockierschutzvorrichtung für
druckmittelgebremste Kraftfahrzeuge mit einem Bremsdruckgeber und
einem diesem über
eine Bremsleitung nachgeschalteten Radbremszylinder sowie einem
Bremsdrucksteuergerät,
das ein Ventilpaar von Einlaß-
und Auslaßventilen
ansteuert. Das Bremsdrucksteuergerät ist mit einer druckabhängig verstellbaren
Drosselstelle für
den Druckmitteldurchgang ausgerüstet,
wobei die Drosselstelle in einem Kanal angeordnet ist, der nach
dem Schließen
eines Gliedes des Ventilpaares der einzige Durchgang für das Bremsdruckmittel
ist.
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In
elektro-pneumatischen Bremssystemen werden zur Bremsdruckregelung
verschiedene Aktuatoren eingesetzt, die sowohl Betriebsbrems- als
auch ABS-Funktionen übernehmen.
Dabei gilt es, für
Betriebsbremsungen sowohl langsame, feinfühlige Druckänderungen und bei Notbremsungen
bzw. Bremsungen mit ABS-Eingriff schnelle Druckänderungen zu ermöglichen.
Hierbei werden entweder Ventile eingesetzt, die beide Funktionen
erfüllen
können
oder es wird für
jede Funktion ein separates Ventil verwendet. Zur Anwendung kommen
u. a.
- – Proportionalventile
mit und ohne ABS-Drucksteuerventilen,
- – Doppelmagnetventile
zur Vorsteuerung von Relaisventilen mit und ohne ABS-Drucksteuerventilen,
- – stromgesteuerte
Vorsteuermagnetventile mit Sitzventilen, die beide Funktionen übernehmen
oder
- – eine
strömungsquerschnittsgesteuerte
Ventileinheit mit Magnetventilen.
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Aus
der
DE 42 27 084 A1 bzw.
GB 2 270 130 A ist
eine Druckregelvorrichtung für
eine Nutzfahrzeugbremsanlage gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 bekannt. Die Druckregelvorrichtung besteht aus
einem elektronischen Druckregelmodul und einer Ventileinheit. Dem
Druckregelmodul wird über
ein Fußbrems-ventil
ein elektrisches Soll-Bremssignal zugeführt, woraus elektrische Steuersignale
erzeugt werden, die u. a. ein Magnetventil steuern, das einen pneumatischen
Ausgang aufweist, der mit einem pneumatischen Steuereingang eines
Relaisventils verbunden ist. Ein Ausgang des Relaisventils ist mit
einem Bremszylinder verbunden. Ferner ist ein Drucksensor vorhanden,
der dem Druckregelmodul ein dem Bremsdruck entsprechendes elektrisches
Signal zuführt,
wodurch sich ein geschlossener Regelkreis ergibt.
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Eine
weitere Druckregelvorrichtung ist aus der älteren, nicht vorveröffentlichten,
deutschen Patentanmeldung
DE
196 49 402 A1 bekannt, die ein Einlaß- und ein Auslaßventil
aufweist, die jeweils durch einen Anker eines zugeordneten Elektromagneten
betätigbar
sind. Die Elektromagneten werden durch ein elektronisches Druckregelmodul
gesteuert, dem über
das Fußbremsventil
ein Soll-Bremsdruck und von einem Drucksensor ein Ist-Bremsdruck
zugeführt
wird.
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Die
DE 34 13 759 A1 beschreibt
ein Drucksteuerventil für
eine Druckluftbremsanlage, das einen Steuerkolben aufweist, der
durch einen durch das Fußbremsventil
eingesteuerten Steuerdruck beaufschlagbar ist. Durch die Stellung
des Steuerkolbens wird der Strömungquerschnitt
zwischen einem Vorratsanschluß und dem
Bremszylinder bestimmt, wobei der herrschende Bremsdruck durch einen
Drucksensor gemessen und einer Steuereinheit zugeführt wird,
die über
einen Elektromagneten die Stellung des Steuerkolbens regelt.
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Die
DE 40 05 608 A1 beschreibt
ein Drucksteuerventilaggregat mit einem Einlaßventil und einem Auslaßventil,
denen jeweils Vorsteuerventile zugeordnet sind, wobei ferner Rückschlagventile
vorgesehen sind, die Druckschwingungen eliminieren, welche das Schaltverhalten
der Einlaß-
und Auslaßventile
beeinflussen würden.
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Aus
der
DE 41 27 578 A1 ist
ein Drucksteuerventil für
eine Nutzfahrzeugbremsanlage bekannt, das ein elektro-magnetisch
betätigtes
Vorsteuerventil mit einem Anker aufweist, an dessen Stirnfläche ein
Schließglied
eines Sitzventiles angeordnet ist, das entgegen der Kraft einer
Rückstellfeder
bewegbar ist.
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Die
DE 41 03 694 A1 beschreibt
ein Drucksteuerventil für
eine Nutzfahrzeugbremsanlage, das aus zwei Ventilgruppen besteht,
die beide von einem einzigen Elektromagneten betätigt werden.
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Die
EP 0 305 710 B1 beschreibt
eine Ventileinrichtung mit einem Hauptventilglied und einem durch einen
Elektromagnet betätigten
Vorsteuerventil, bei dem der Elektromagnet eine stetige Strom/Hub-Charakteristik
aufweist.
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Ferner
ist aus der
DE 43 31
966 A1 eine Steuereinrichtung mit einem Gehäuse und
einer darin befindlichen Gehäusekammer
zur Aufnahme einer elektrischen Einrichtung bekannt, wobei die Gehäusekammer über eine
Verbindungseinrichtung mit einer Druckentlastungseinrichtung, einer
Ventileinrichtung verbunden ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Druckregelvorrichtung für elektro-pneumatische
Bremsanlagen und Fahrzeugen zu schaffen, die einfach und kostengünstig aufgebaut
ist und die sowohl für
Betriebsbremsungen als auch für
Bremsungen mit ABS-Eingriff
geeignet ist.
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Das
Grundprinzip der Erfindung besteht darin, die Druckregelvorrichtung
modular aus mindestens drei Ventilgruppen aufzubauen, die jeweils
aus einem Magnetventil und einem Membranventil bestehen. Die Magnetventile
sind durch ein Druckregelmodul elektrisch angesteuert und weisen
einen mit Vorratsdruck beaufschlagten pneumatischen Eingang und
einen pneumatischen Ausgang auf, der die zugeordneten Membranventile
steuert. Das erste Membranventil wird mit Vorratsdruck beaufschlagt
und ist mit dem zweiten und dritten Membranventil verbunden. Mindestens
ein Ausgang eines der Membranventile ist mit einem mit Druck zu
beaufschlagenden Verbraucher verbunden, wobei vorgesehen ist, daß die Druckregelvorrichtung über eines
der Membranventile in die Atmosphäre entlüftbar ist und daß das dritte
Membranventil eine Drosselstellung und eine drosselfreie Stellung
hat.
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Nach
der Erfindung kann das dritte Membranventil zwischen einer Drosselstellung
und einer drosselfreien Stellung umgeschaltet werden. Dies ermöglicht einen
schnellen oder langsamen Verbraucherdruckaufbau bzw. Verbrauerdruckabbau,
was sowohl Betriebsbremsungen als auch ABS-Bremsungen ermöglicht.
Beispielsweise kann der Druckaufbau auf 90% des Soll-Druck ungedrosselt
und anschließend
gedrosselt erfolgen.
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Der
modulartige Aufbau der Druckregelvorrichtung aus gleichartigen Ventilgruppen
ermöglicht
eine kostengünstige
Herstellung und einen einfachen ”Ausbau” des Grundprinzips. Verschiedene
Schaltstellungen, die beispielsweise einem Zustand ”Fahren” einem ”Belüften bzw.
Entlüften” oder ”Druck halten” der Bremsanlage
entsprechen, sind durch entsprechendes ”Ein/Aus-Ansteuern” der einzelnen
Ventilgruppen erzeugbar, was durch eine relativ einfache und somit
robuste Regelungssoftware möglich
ist. Die Druckregelvorrichtung ist vielfältig einsetzbar, z. B. in elektropneumatischen
Bremssystemen von Zugfahrzeugen, Anhängerfahrzeugen, Bussen oder
anderen Druckluftsystemen.
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Nach
einer ersten Variante der Erfindung weist das mit Vorratsdruck beaufschlagte
erste Membranventil einen Ausgang auf, der mit einem pneumatischen
Eingang des zweiten und des dritten Membranventils verbunden ist.
Der Ausgang des zweiten Membranventils ist mit der Atmosphäre verbindbar
und der Ausgang des dritten Membranventils steht mit einem Verbraucher
und einem Drucksensor in Strömungsverbindung,
der den Verbraucherdruck mißt
und ein diesem entsprechendes elektrisches Signal dem Druckregelmodul
zuführt.
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Nach
einer anderen Variante der Erfindung wird sowohl der Eingang des
ersten als auch der des zweiten Membranventils mit Vorratsdruck
beaufschlagt und der Ausgang des ersten und des zweiten Membranventils
ist jeweils mit dem dritten Membranventil und mit dem Verbraucher
verbunden, wobei hier das dritte Membranventil in die Atmosphäre entlüftbar ist.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Druckregelvorrichtung
eine vierte Ventilgruppe auf, die ebenfalls aus einem mit Vorratsdruck
beaufschlagten und durch das Druckregelmodul gesteuerten Magnetventil
besteht, dessen Ausgang mit dem Steuereingang eines zugeordneten
Membranventils verbunden ist. Ein pneumatischer Eingang dieses Membranventils
ist mit einem Steuerventil verbunden, das z. B. durch das Bremspedal
betätigbar
ist und der pneumatische Ausgang des Membranventils ist an den Ausgang
des dritten Membranventils angeschlossen. Durch diese vierte Ventilgruppe
ist eine sogenannte ”Back
up-Funktion” realisierbar,
die selbst bei einer Störung
der Druckregelvorrichtung eine Bremsung ermöglicht.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Druckregelungsvorrichtung
durch eine Umschaltventilgruppe und zwei weitere damit verbundene
Ventilgruppen zu einem Achsmodul ergänzt mit dem die Bremszylinder
zweier Räder
einer Fahrzeugachse betätigbar
sind. In einem Schaltzustand der Umschalteinrichtung werden beide
Bremszylinder mit demselben Bremsdruck beaufschlagt, was einer gewöhnlichen
Betriebsbremsung entspricht. Ein zweiter Schaltzustand entspricht
einer ABS-Bremsung,
wobei die Bremszylinder mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang
mit der Zeichnung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Schaltschema einer Ventilgruppe;
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2 ein
konstruktives Ausführungsbeispiel
einer Ventilgruppe;
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3 ein
Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispiels
der Druckregelvorrichtung im Schaltzustand ”Fahren”;
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4 das
Schaltschema im Zustand ”Belüften Großsignal”;
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5 das
Schaltschema im Zustand ”Belüften Kleinsignal”;
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6 das
Schaltschema im Zustand ”Druck
halten”;
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7 das
Schaltschema im Zustand ”Entlüften klein”;
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8 das
Schaltschema einer Druckregelvorrichtung mit ”Back-up-Funktion”,
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9 ein
Ausführungsbeispiel
einer Druckregelvorrichtung im Schaltzustand der 3;
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10 das
Ausführungsbeispiel
der 9 im Schaltzustand ”Belüften Großsignal”;
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11 das
Ausführungsbeispiel
der 9 im Schaltzustand ”Belüften Kleinsignal”;
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12 das
Ausführungsbeispiel
der 9 im Schaltzustand ”Entlüften Großsignal”;
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13 das
Ausführungsbeispiel
der 9 bei Ansprechen der Back-up-Funktion;
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14 eine
zu einem Achsmodul verschaltete Druckregelvorrichtung;
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1 zeigt
eine Ventilgruppe einer Druckregelvorrichtung, die aus einem federvorgespannten
Magnetventil 1 und einem Membranventil 2 besteht.
Das Magnetventil 1 weist einen elektrischen Steueranschluß 3 und
drei pneumatische Anschlüsse
auf, nämlich
einen Eingang 4, einen Ausgang 5 und eine Entlüftung 6.
In der gezeigten Grundstellung des Magnetventils 1 ist
der Eingang 4 geschlossen und der Ausgang 5 mit
der Entlüftung 6 verbunden.
In einer Umschaltsstellung des Magnetventils 1 ist der
Eingang 4 mit dem Ausgang 5 verbunden und die
Entlüftung 6 ist
verschlossen.
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Der
Ausgang 5 des Magnetventils 1 ist mit einem pneumatischen
Steuereingang 7 des Membranventils 2 verbunden.
Das Membranventil 2 weist einen Eingang 8 und
einen Ausgang 9 auf, die in der gezeigten Grundstellung
beide geschlossen sind, während
in einer Umschaltstellung Eingang 8 mit Ausgang 9 verbunden
ist, d. h. das Membranventil 2 durchschaltet.
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2 zeigt
eine mögliche
konstruktive Ausführung
der in 1 dargestellten Ventilgruppe. Das Magnetventil 1 besteht
aus einem Elektromagnet 10 mit einem zylindrischen Hohlraum 11,
in den ein Ventilkörper 12 eingesetzt
ist. Der Ventilkörper 12 wird
durch eine Feder 13 in der gezeigten Grundstellung gehalten,
die als ”untere
Stellung” bezeichnet
werden kann. An den Stirnseiten des Ventilkörpers 12 sind Dichtungen 14 und 15 angeordnet,
wobei in der Grundstellung die Dichtung 14 gegen einen
Ventilsitz 16 gedrückt
wird, wodurch der damit in Verbindung stehende Eingang 4 des
Magnetventils 1, der durch einen U-förmigen Kanal gebildet ist,
geschlossen bzw. abgedichtet wird.
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Der
Ausgang 5 des Magnetventils 1 steht über einen
zwischen dem zylindrischen Ventilkörper 12 und der Wandung
des zylindrischen Hohlraumes 11 liegenden Ringraum sowie
einen zylindrischen Verbindungskanal 17 mit der Entlüftung 6 in
Verbindung, die ebenfalls durch einen zylindrischen Kanal gebildet
ist.
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Der
Ausgang 5 des Magnetventils steht ferner mit dem pneumatischen
Steuereingang 7 des Membranventils in Verbindung, der in
einen kalottenförmigen
Hohlraum mündet,
der durch ein Gehäuse 18 und
eine darin angeordnete elastische Membran 19 gebildet ist.
In der gezeigten Grundstellung liegt die Membran 19 auf
einem Ventilsitz 20 des Membranventils 2 auf und
verschließt
dadurch den Eingang 8 – der
hier ein ringförmiger
Hohlraum ist – gegenüber einer
einer zylindrischen Bohrung, die den Ausgang 9 bildet.
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3 zeigt
eine Druckregelvorrichtung gemäß einer
ersten Variante der Erfindung mit einer ersten Ventilgruppe 21,
einer zweiten Ventilgruppe 22 und einer dritten Ventilgruppe 23.
Jede der Ventilgruppen 21–23 weist ein Magnetventil 24, 25 bzw. 26 und
ein Membranventil 27, 28 bzw. 29 auf,
die alle in ihrer Grundstellung dargestellt sind. Die Magnetventile 24–26 sind
mit ihren elektrischen Steueranschlüssen 3 jeweils mit einem
Druckregelmodul 30 verbunden, dem über einen Bremswertgeber, der
hier als Fußbremsventil 31 dargestellt
ist, ein vom Fahrer vorgegebenes Soll-Bremssignal ”BS” zugeführt wird.
Die Eingänge 4 der
Magnetventile 24–26 werden
von einem Vorratsdruck beaufschlagt, der in einem Vorratsbehälter 32 gespeichert
ist. Die Ausgänge 5 der
Magnetventile 24–26 sind
mit den zugeordneten pneumatischen Steuereingängen 7 der Membranventile 27–29 verbunden.
Ein Eingang 33 des ersten Membranventils 27 wird
ebenfalls mit Vorratsdruck beaufschlagt. Ein Ausgang 34 des
ersten Membranventils 27 ist mit einem Eingang 35 des
zweiten Membranventils 28 und mit einem Eingang 36 des
dritten Membranventils 29 verbunden. Ein Ausgang 37 des
zweiten Membranventils 28 ist mit der Atmosphäre und ein
Ausgang 38 des dritten Membranventils 29 ist mit
einem Verbraucher, der hier als Bremszylinder 39 dargestellt
ist, verbunden. Ausgang 38 steht ferner mit einem Druckspannungswandler 40 in
Verbindung, der aus einem den Bremszylinder 39 beaufschlagenden
Bremsdruck P ein diesem entsprechendes elektrisches Signal BD erzeugt,
das dem Druckregelmodul 30 zugeführt wird, wodurch sich ein
geschlossener Regelkreis ergibt.
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Die
einzelnen Ventile sind in ihrer Grundstellung gezeigt. Diese Schaltstellung
entspricht einem Zustand ”Fahren” bzw. einem
Zustand ”Entlüften Großsignal”, bei dem
der Bremszylinder 39 druckfrei ist bzw. schnellstmöglich entleert
wird. Bei diesem Schaltzustand schaltet das Magnetventil 24 den
Vorratsdruck zum Steuereingang 7 des ersten Membranventils 27 durch,
wodurch dieses die gezeigte Sperrstellung einnimmt. Das zweite Magnetventil 25 und
das dritte Magnetventil 26 sperren ihre Ausgänge 5 gegenüber dem
Vorratsdruck ab und die zugeordneten Membranventile 28 und 29 nehmen
die gezeigten Durchflußstellungen
ein. Da der Ausgang 34 des ersten Membranventils 27 gegenüber dem
Vorratsdruck abgesperrt ist und der Bremszylinder 39 mit
der Atmosphäre
in Verbindung steht, ist dieser druckfrei.
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In
der folgenden Tabelle ist die Schaltlogik weiterer Schaltzustände der
Druckregelvorrichtung der ersten Variante der Erfindung dargestellt.
| Betriebszustand | Schaltzustände |
| | 1.
Ventilgruppe | 2.
Ventilgruppe | 3.
Ventilgruppe |
| Fahren | 0 | 0 | 0 |
| Belüften Großsignal | 1 | 1 | 0 |
| Belüften Kleinsignal | 1 | 1 | 1 |
| Druckhalten | 0 | 1 | 0 |
| Entlüften Großsignal | 0 | 0 | 0 |
| Entlüften Kleinsignal | 0 | 0 | 1 |
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In
der linken Spalte der Tabelle sind einzelne Schaltzustände dargestellt,
denen die in den rechten drei Spalten angegebenen Stellungen der
Ventilgruppen 21–23 zugeordnet
sind. Ein Schaltzustand ”0” entspricht dem
in 3 gezeigten Grundzustand, während ein Ventil, das sich
im Zustand ”1” befindet,
in seine andere Stellung umgeschaltet ist.
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Der
in 3 dargestellte Grundzustand ”0, 0, 0” entspricht somit, wie bereits
erwähnt,
dem Zustand ”Fahren” bzw. ”Entlüften Großsignal”.
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In 4 ist
der Schaltzustand ”Belüften Großsignal” dargestellt,
bei dem der Bremszylinder 39 schnellstmöglich belüftet, d. h. schnellstmöglich mit
Druck beaufschlagt wird.
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Gegenüber 3 sind
im Schaltzustand der 4 die Ventile der ersten Ventilgruppe 21 und
der zweiten Ventilgruppe 22 umgeschaltet, während Ventilgruppe 23 im
Grundzustand ist. In diesem Schaltzustand sperrt das Magnetventil 24 seinen
Ausgang 5 bzw. den pneumatischen Steuereingang 7 des
ersten Membranventils 27 gegenüber dem Vorratsdruck ab, wodurch
dieses in die gezeigte Durchflußstellung
schaltet. Im Gegensatz dazu schaltet das zweite Magnetventil 25 den
Vorratsdruck zum zweiten Membranventil 28 durch, wodurch
dieses in Sperrstellung geht. Folglich wird Bremszylinder 39 über das
erste Membranventil 27 und das dritte Membranventil 29 mit
Vorratsdruck beaufschlagt.
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5 zeigt
den Schaltzustand ”Belüften Kleinsignal”, bei dem
alle drei Ventilgruppen 21–23 umgeschaltet sind
(Schaltzustand ”1,
1, 1”).
Im Unterschied zu 4 ist auch Magnetventil 26 durchgeschaltet
und das zugeordnete dritte Membranventil 29 befindet sich
in seiner anderen Stellung, die als Drosselstellung bezeichnet wird.
In diesem Schaltzustand wird der Bremszylinder 39 ebenfalls
mit Druck beaufschlagt. Im Gegensatz zu den in 4 dargestellten
Schaltzustand ”Belüften Großsignal” baut sich
jedoch der Druck im Bremszylinder 39 infolge der Drosselung
im Membranventil 29 langsamer auf.
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In 6 ist
der Schaltzustand ”Druck
halten” dargestellt,
bei dem sich die erste und dritte Ventilgruppe 21 bzw. 23 im
Grundzustand befindet und die zweite Ventilgruppe 22 umgeschaltet
ist. Ausgang 34 des ersten Membranventils 27 ist
in diesem Schaltzustand gegenüber
dem Vorratsdruck abgesperrt und Eingang 35 des zweiten
Membranventils 28 ist gegenüber seinem Ausgang 37,
d. h. gegenüber
der Atmosphäre
abgesperrt. Folglich wird ein im Bremszylinder 39 gespeicherter
Bremsdruck aufrechterhalten, was einer kontinuierlichen Bremsung
entspricht.
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In 7 ist
der Schaltzustand ”Entlüften Kleinsignal” dargestellt,
bei dem die erste und die zweite Ventilgruppe 21 bzw. 22 im
Grundzustand und die dritte Ventilgruppe 23 umgeschaltet
ist. In diesem Zustand ist Ausgang 34 des ersten Membranventils 27 gegenüber dem
Vorratsdruck abgesperrt und das zweite Membranventil 28 schaltet
seinen Eingang 35 zur Atmosphäre durch. Das dritte Membranventil 29 ist
in der Drosselstellung, so daß sich
ein im Bremszylinder 39 enthaltener Druck über die
Drosselstelle des Membranventils 29 und das Membranventil 28 langsam
in die Atmosphäre
entweicht, was einem langsamen Bremslösen entspricht.
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In 8 ist
das Schaltschema einer Druckregelvorrichtung mit Back-up-Funktion
gezeigt. Der Grundaufbau dieser Druckregelvorrichtung, d. h. die
Anordnung der Ventilgruppen 21–23, des Druckregelmoduls 30, des
Vorratsbehälters 32,
des Bremszylinders 39 und des Drucksensors 40 ist
unverändert.
Im Unterschied zu der in den 3–7 gezeigten
Schaltungsanordnung ist jedoch eine vierte Ventilgruppe 41 vorgesehen, die
entsprechend der ersten und zweiten Ventilgruppe 21 bzw. 22 ein
Magnetventil 42 aufweist, das über einen elektrischen Steuereingang
mit dem Druckregelmodul 30 verbunden ist und dessen pneumatischer
Ausgang 5 ein Membranventil 43 ansteuert. Die
gezeigte Grundstellung des Magnetventils 42 und des Membranventils 43 ist
jedoch genau umgekehrt zu den Grundstellungen der Ventile der Ventilgruppen 21 und 22.
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Ein
Eingang 44 des Membranventils 43 ist über eine
Back-up-Leitung 45 mit einem Ausgang 46 eines Back-up-Ventils 47 verbunden,
das durch das Fußbremsventil 31 betätigbar ist.
Das Back-up-Ventil 47 weist einen Eingang 48 auf,
der mit Vorratsdruck verbunden ist und eine Entlüftung 49, über die
die Back-up-Leitung 45 entlüftbar ist. In seiner Grundstellung
sperrt das Back-up-Ventil 47 den Eingang 48 gegenüber dem
Ausgang 46 ab und die Back-up-Leitung ist drucklos, d.
h. steht mit der Entlüftung 49 in
Verbindung.
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Ein
Ausgang 50 des Membranventils 43 steht mit dem
Ausgang 38 des dritten Membranventils 29 bzw. mit
dem Bremszylinder 39 und dem Drucksensor 40 in
Druckverbindung.
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Bei
ungestörter
Funktionsweise der Druckregelvorrichtung arbeitet diese nur mit
den Ventilgruppen 21–23 und
die vierte Ventilgruppe 41 ist deaktiviert. Im deaktivierten
Zustand ist die vierte Ventilgruppe 41 umgeschaltet, d.
h. das Magnetventil 42 schaltet durch und das Membranventil 43 sperrt.
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Tritt
in der Druckregelvorrichtung eine Störung auf, so schalten sämtliche
Magnetventile 24–26 bzw. 42 und
die zugeordneten Membranventile 27–29 bzw. 43 – z. B.
durch eine vorspannende Feder – in
die in 8 gezeigte Grundstellung. In der Grundstellung
ist Ausgang 34 des ersten Membranventils 37 gegenüber dem
Vorratsdruck abgesperrt und Eingang 35 des zweiten Membranventils
ist gegenüber
der Atmosphäre
abgesperrt. Durch Betätigen
des Fußbremsventils
kann das Back-up-Ventil 47 durchgeschaltet werden. Hierdurch
wird der Vorratsdruck über
Eingang 48, Ausgang 46, Back-up-Leitung 45 und
das vierte Membranventil 43 zum Bremszylinder 39 durchgeschaltet,
was eine Bremsung auch bei gestörter
Druckregelvorrichtung ermöglicht.
Nimmt der Fahrer den Fuß vom
Bremspedal, so schaltet das Back-up-Ventil 47 in seine
Grundstellung zurück,
wodurch der Bremszylinder 39 wieder entlüftet wird.
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In
den 9 bis 13 ist ein Ausführungsbeispiel
gemäß der ersten
Variante einer Druckregelvorrichtung mit Back-up-Funktion in verschiedenen
Schaltzuständen
erläutert,
wobei der konstruktive Aufbau der einzelnen Ventilgruppen 21–23 bzw. 41 weitgehend
der in 2 gezeigten entspricht.
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In 9 ist
die Druckregelvorrichtung im Schaltzustand ”Fahren” dargestellt. Jede Ventilgruppe
besteht entsprechend 2 aus einem Magnetventil 24–26 bzw. 42 und
einem Membranventil 27–29 bzw. 43. Die
Magnetventile 24–26 bzw. 42 stehen über eine
Hauptdruckleitung 51 mit dem im Vorratsbehälter 32 gespeicherten
Vorratsdruck in Verbindung. Von der Hauptdruckleitung 51 zweigen
Stichleitungen 52, 53, 54, 55 ab,
die jeweils mit dem Eingang 4 des zugeordneten Magnetventils 24–26 bzw. 42 in
Verbindung stehen. Die Eingänge 4 der
Magnetventile 24 und 25 liegen auf derjenigen
Seite des Ventilkörpers 12,
die dem zugeordneten Membranventil 27 bzw. 28 abgewandt
ist, während
die Eingänge 4 der
Magnetventile 26 und 42 auf der den zugeordneten
Membranventilen 29 und 43 zugewandten Seite des
Ventilkörpers 12 liegen.
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Die
gezeigte Grundstellung entspricht dem Schaltzustand ”Fahren”, bei dem
die Ventilkörper
sämtlicher
Magnetventile 24–26 bzw. 42 durch
die Federn 13 ”nach
unten” gedrückt werden.
Hierbei sind die Eingänge 4 der
Magnetventile 24 und 25 offen und stehen mit ihren
Ausgängen 5 bzw.
mit den pneumatischen Steuereingängen 7 der
zugeordneten Membranventile 27 und 28 in Druckverbindung.
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Die
Eingänge 4 der
Magnetventile 26 und 42 sind durch die Dichtungen 14 verschlossen
und gegenüber
den pneumatischen Steuereingängen
der zugeordneten Membranventile 29 bzw. 43 abgesperrt.
Die pneumatischen Steuereingänge 7 der
Membranventile 29 und 43 stehen über Stichleitungen 56 bzw. 57 mit einer
Entlüftungsleitung 58 über eine
Entlüftung 59 mit
der Atmosphäre
in Verbindung. Mit der Entlüftungsleitung 58 stehen
zwei weitere Stichleitungen 60 und 61 in Verbindung,
die mit den Entlüftungen 6 der
Magnetventile 24 bzw. 25 verbunden sind und die
in der gezeigten Grundstellung durch die Dichtungen 15 der
zugeordneten Ventilkörper 12 verschlossen
sind. Folglich liegt im Zustand ”Fahren” an den pneumatischen Steuereingängen 7 der
Membranventile 24 und 25 Vorratsdruck und an denen
der Membranventile 26 und 42 Umgebungsdruck an.
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Der
Vorratsbehälter 32 steht
ferner mit einem Ringraum 62 in Druckverbindung, der den
Ventilsitz 20 für
die Membran 19 des Membranventils 27 bildet. Im
gezeigten Grundzustand wird die Membran 19 auf der Seite
des pneumatischen Steuereinganges 7 großflächig mit Vorratsdruck beaufschlagt
und dichtet daher gegenüber
einem unter Atmospährendruck
stehenden Verbindungskanal 63, der mit Ringräumen 64–66 sowie mit
dem Drucksensor 40 in Verbindung steht, ab. In gleicher
Weise dichtet die Membran 19 des zweiten Membranventils 28 gegenüber dem
Ringraum 64 ab. Die Membrane 19 der Membranventile 29 und 43 übernehmen in
dieser Schaltstellung keine Dichtfunktion, da sowohl an den pneumatischen
Steuereingängen 7 als
auch in diesen gegenüberliegenden
Ringräumen 65 und 66 Atmosphärendruck
herrscht.
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Folglich
ist der Bremszylinder 39, der über eine Drosselbohrung 65a und
Verbindungsleitung 67 mit den Ringräumen 64–66 in
Verbindung steht, druckfrei, d. h. er steht unter Atmosphärendruck.
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Da
die Membran 19 des vierten Membranventils 43 in
diesem Schaltzustand keine Dichtfunktion übernimmt, herrscht auch in
der Back-up-Leitung 45, die mit dem durch das Fußbremsventil 31 betätigbaren Back-up-Ventil 47 in
Verbindung steht, Atmosphärendruck.
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Bei
Einleitung eines Bremsvorganges wird das Fußbremsventil 31 betätigt, wodurch über eine
elektrische Verbindungsleitung 68 dem Druckregelmodul 30 ein
entsprechendes Bremsanforderungssignal zugeführt wird. Das Druckregelmodul 30 erzeugt
hieraus Steuersignale, die den Magnetventilen 24–26 bzw. 42 über elektrische
Leitungen 69 zugeführt
werden. Gleichzeitig wird der vom Drucksensor 40 sensierte
Druck in ein elektrisches Signal umgewandelt, das dem Druckregelmodul 30 über eine
elektrische Leitung 70 zugeführt wird, wodurch sich ein
geschlossener Regelkreis ergibt.
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Wie
aus 9 zu entnehmen ist, kann das Druckregelmodul außerhalb
der Druckregelvorrichtung angeordnet und über eine elektrische Steckverbindung 71 angeschlossen
sein. Beispielsweise kann das Druckregelmodul 30 ein im
Fahrzeug vorhandener Bordrechner sein. Alternativ dazu ist es auch
möglich,
das Druckregelmodul 30 und die Ventile in einegemeinsame
Baugruppe zu integrieren.
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10 zeigt
die Druckregelvorrichtung der 9 im Schaltzustand ”Belüften Großsignal”. In diesem Schaltzustand
ist der Ventilkörper 12 des
ersten Magnetventils 24 in seiner oberen Stellung, d. h.
der Eingang 4 ist geschlossen und die Entlüftung 6 steht
mit dem pneumatischem Steuereingang 7 des ersten Membranventils 27 in
Verbindung, so daß durch
den im Ringraum 62 herrschenden Vorratsdruck das Membranventil 27 geöffnet wird.
Folglich herrscht auch im Verbindungskanal 63, den Ringräumen 64–66 und
in der Verbindungsleitung 67 zum Bremszylinder 39 Vorratsdruck.
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Der
Kolben 12 des zweiten Magnetventils 25 befindet
sich in seiner unteren Stellung, so daß der Vorratsdruck über die
Stichleitung 53 zum Steuereingang 7 des Membranventils 28 durchgeschaltet
ist. Folglich dichtet das Membranventil 28 gegenüber einem
zur Entlüftung 59 führenden
Entlüftungskanal 59a ab.
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Der
Kolben 12 des dritten Magnetventils 26 befindet
sich ebenfalls in seiner unteren Stellung, so daß am Steuereingang 7 des
dritten Membranventils 29 Atmosphärendruck herrscht und dessen
Membran 19 durch den im Ringraum 65 herrschenden
Vorratsdruck nach oben gedrückt
wird. Die Verbindungsleitung 67 steht somit über die
Drosselbohrung 65a und zusätzlich über eine weitere Öffnung 72 mit
den Ringräumen 62 bis 66 in
Verbindung. Dies entspricht der Stellung des Membranventils 29,
die z. B. in 4 gezeigt ist und die ein schnellstmögliches
Befüllen
des Bremszylinders bzw. die schnellstmögliche Einleitung eines Bremsvorganges
ermöglicht.
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Die
vierte Ventilgruppe 41 befindet sich in der Grundstellung
und ist deaktiviert.
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11 zeigt
die Druckregelvorrichtung im Schaltzustand ”Belüften Kleinsignal”, wobei
die Schaltzustände
der Ventilgruppen 21, 22 und 41 gegenüber den
Schaltzuständen
der 10 unverändert
sind. Jedoch befindet sich der Ventilkörper 12 des dritten
Magnetventils 26 in seiner oberen Stellung, so daß die mit
der Atmosphäre
in Verbindung stehende Stichleitung 56 gegenüber dem
pneumatischen Steuereingang 7 des dritten Membranventils 29 abgesperrt
ist. Der pneumatische Steuereingang 7 steht mit dem Eingang 4 bzw.
mit der unter Vorratsdruck stehenden Stichleitung 54 in
Druckverbindung.
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Die
Membran 19 des Membranventils 29 ist beidseitig
mit Vorratsdruck beaufschlagt und befindet sich daher in seiner
Grundstellung, in der sie auf dem Ventilsitz 20 aufliegt
und die Öffnung 72 verschließt, so daß die Verbindungsleitung 67 lediglich über die
Drosselbohrung 65a mit dem Ringraum 65 bzw. mit
dem Vorratsdruck in Verbindung steht. Im Vergleich zu den in 10 dargestellten
Schaltzustand, bei dem die weitere Öffnung 72 geöffnet ist,
erfolgt beim Schaltzustand der 11 der
Druckaufbau im Bremszylinder 39 relativ langsam.
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12 zeigt
die Druckregelvorrichtung im Schaltzustand ”Entlüften Großsignal”. In diesem Schaltzustand
befindet sich der Ventilkörper 12 des
ersten Membranventils in seiner unteren Stellung, so daß die unter Vorratsdruck
stehende Stichleitung 52 mit dem pneumatischen Steueranschluß 7 des
Membranventils 27 in Verbindung steht, während dessen
Entlüftung 6 geschlossen
ist. Folglich dichtet das Membranventil 27 den unter Vorratsdruck
stehenden Ringraum 62 gegenüber den Ringräumen 64-66 ab,
die unter Atmosphärendruck
stehen. Der Kolben des Membranventils 25 befindet sich
in seiner oberen Stellung, so daß der Steuereingang 7 des
zugeordneten Membranventils 28 über dessen Entlüftung 6 und
die Entlüftungsleitung 58 mit der
Atmosphäre
in Verbindung steht. Nur der Kolben 12 des Magnetventils 26 befindet
sich in seiner unteren Stellung, so daß die unter Atmosphärendruck
stehende Stichleitung 56 mit dem Steuereingang 7 des
Membranventils 29 in Verbindung steht. Das Membranventil 29 ist
hierbei geöffnet,
d. h. dessen Membran 19 gibt die Öffnung 72 frei.
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Analog
zu den Schaltzuständen
der 9 bis 11 ist die Ventilgruppe 41 deaktiviert.
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Anhand 13 wird
die Back-up-Funktion der Druckregelvorrichtung erläutert. Die
Back-up-Funktion greift dann ein, wenn in der Druckregelvorrichtung
eine Störung
auftritt. In einem solchen Fall schalten die durch die Federn vorgespannten
Magnetventile 24–26 und 42 sowie
die Membranventile 27–29 und 43 in
ihre Grundstellung. Bei den Membranventilen kann dies beispielsweise
durch entsprechend vorgespannte Membranen 19 erreicht werden.
In der Grundstellung befinden sich die Ventilkörper 12 der Magnetventile 24–26 und 42 in
ihrer unteren Stellung. Bei den Ventilgruppen 21 und 22 stehen
somit die unter Vorratsdruck stehenden Stichleitungen 52 und 53 mit
den pneumatischen Steuereingängen 7 der
zugeordneten Membranventile 27 und 28 in Druckverbindung.
Im Verbindungskanal 63 sowie in den Ringräumen 64–66 herrscht
der in der zum Bremszylinder 39 führenden Verbindungsleitung 67 herrschende
Druck, der – unter
der Annahme, daß die Druckregelvorrichtung
bis zur vorangegangenen Bremsung ungestört gearbeitet hat – kleiner
als der Vorratsdruck bzw. gleich dem Atmosphärendruck ist. Folglich werden
die Membranen der Membranventile 27 und 28 aufgrund
des Druckgefälles
gegen die zugeordneten Ventilsitze 20 gedrückt. Die
Ringräume 64–66 sind
somit gegenüber
dem unter Vorratsdruck stehenden Ringraum 62 und der Entlüftung 59 abgedichtet.
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Wird
nun bei gestörter
Druckregelvorrichtung das Fußbremsventil
betätigt,
so schaltet das Back-up-Ventil 47 den im Vorratsbehälter 32 herrschenden
Vorratsdruck über
die Back-up-Leitung 45 in einen Verbindungskanal 73 des
vierten Membranventils 43 durch. Hierdurch wird das Membranventil 43 geöffnet, so daß sich der
Vorratsdruck auch in die Ringräume 64–66 und über die
Drosselbohrung 65a sowie die weitere Öffnung 72 bis in die
zum Bremszylinder 39 führende
Verbindungsleitung 67 ausbreitet, wodurch weiterhin eine Bremsung
ermöglicht
wird. Durch Lösen
des Fußbremsventils 31 schaltet
das Back-up-ventil 47 in eine durch die Entlüftung 49 dargestellte
Entlüftungsstellung,
wodurch sich der Bremsdruck wieder abbaut und die Bremse gelöst wird.
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14 zeigt
eine Druckregelvorrichtung gemäß der Erfindung,
die zur Bremsdruckregelung zweier Bremszylinder 39 bzw. 39a einer
Fahrzeugachse geeignet ist. Mit dieser Druckregelvorrichtung ist
es möglich, bei
Betriebsbremsungen beide Bremszylinder 39 und 39a mit
demselben Bremsdruck zu beaufschlagen und bei ABS-Bremsungen beide
mit unterschiedlichen Drücken
zu beaufschlagen.
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Die
Druckregelvorrichtung weist vier Ventilgruppen 21, 22, 23 bzw. 41 auf,
die in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel der 8 mit
einem Vorratsbehälter 32,
einem Drucksensor 40 und dem Bremszylinder 39 verbunden
sind, wobei hier das Druckregelmodul nicht dargestellt ist. Ferner
weist die Druckregeleinrichtung eine Umschaltventilgruppe 74 auf,
die aus einem Magnetventil 75 und einem Membranventil 76 besteht.
Das Magnetventil 75 weist einen elektrischen Steueranschluß 77 auf,
der ebenfalls mit dem Druckregelmodul (nicht dargestellt) verbunden
ist. Ein pneumatischer Eingang 78 des Magnetventils ist
mit Vorratsdruck beaufschlagt und ein pneumatischer Ausgang 79 ist
mit einem pneumatischen Steuereingang 80 des Membranventils 76 verbunden.
Ein erster pneumatischer Anschluß 81 des Membranventils 76 steht
mit dem Ausgang 38 des dritten Membranventils 29 bzw.
dem Ausgang 50 des vierten Membranventils 43 sowie
dem Drucksensor 40 und dem Bremszylinder 39 in
Verbindung. Ein zweiter pneumatischer Anschluß des Membranventils 76 ist
mit dem zweiten Bremszylinder 39a verbunden.
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Ferner
weist die Druckregelvorrichtung eine Ventilgruppe 21a und
eine weitere Ventilgruppe 22a auf, die identisch mit den
Ventilgruppen 21 bzw. 22 sind. Die Ventilgruppe 21a steht über Leitungen 83 bzw. 84 in gleicher
Weise wie die Ventilgruppe 21 mit dem Vorratsbehälter 32 in
Verbindung. Entsprechend den miteinander verbundenen Membranventilen 27 und 28 weisen
die Ventilgruppen 21a und 21b Membranventile 27a bzw. 28a auf,
die über
eine Leitung 85 miteinander verbunden sind. Über eine
Leitung 86 steht die Leitung 85 mit dem zweiten
Anschluß 82 des
Membranventils 76 und dem Bremszylinder 39a in
Verbindung. Das Membranventil 28a weist ferner einen Ausgang 37a auf,
der mit dem Ausgang 37 des zweiten Membranventils 28 verbunden
ist und unter Atmosphärendruck
steht.
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Hinsichtlich
der Funktionsweise der Druckregelvorrichtung sind zwei verschiedene
Bremsvorgänge
zu unterscheiden, nämlich
Betriebsbremsungen und ABS-Bremsungen.
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Bei
Betriebsbremsungen ist das Membranventil 75 und das Magnetventil 76 in
der in 14 dargestellten Stellung, d.
h. die beiden Bremszylinder 39 und 39a stehen über das
Membranventil 76 miteinander in Druckverbindung. Zur Druckregelung
werden lediglich die Ventilgruppen 21–23 eingesetzt und
die Ventilgruppen 21a und 22a befinden sich in
der gezeigten ”Passivstellung”. Werden
bei einer Betriebsbremsung die im Zusammenhang mit dem 3 bis 8 beschriebene
Schaltzustände
der Ventilgruppen 21–23 durchlaufen, so
werden beide Bremszylinder 39 bzw. 39a mit einem
gleichgroßen
Bremsdruck beaufschlagt.
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Bei
einer ABS-Bremsung schaltet das Druckregelmodul (nicht dargestellt)
das Magnetventil 75 um, so daß der
pneumatische Steuereingang 80 des Membranventils 76 mit
Vorratsdruck beaufschlagt wird und das Membranventil 76 ebenfalls
umschaltet. In diesem Schaltzustand ist die Verbindung zwischen
den beiden Bremszylindern 39 und 39a, d. h. die
Verbindung zwischen dem ersten Anschluß und dem zweiten Anschluß 82 unterbrochen.
Bei einer ABS-Bremsung wird somit der Bremszylinder 39 durch
die Ventilgruppen 21–23 angesteuert,
wobei das Membranventil 29 in der gezeigten nichtdrosselnden
Stellung ist.
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Der
Bremszylinder 39a wird bei einer ABS-Bremsung durch die
beiden Ventilgruppen 21a und 22a über die
Leitung 86 mit Druck beaufschlagt, wobei die Ventilgruppe 21a umgeschaltet
ist. Eine weitere, der Ventilgruppe 23 entsprechende Ventilgruppe
ist nicht vorgesehen, da die Ventilgruppen 21a und 22a nur
bei ABS-Bremsungen ”aktiviert” sind und
dann der Druckaufbau bzw. der Druckabbau schnellstmöglich erfolgen soll
und eine Drosselung nicht erforderlich ist. Alternativ zu dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
kann ein weiterer Drucksensor vorgesehen werden, der bei einer ABS-Bremsung den Bremsdruck
des Bremszylinders 39a mißt.
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Tritt
in der Druckregelvorrichtung eine Störung auf, so befinden sich
sämtliche
Ventile, insbesondere das Membranventil 76 in der dargestellten
Ruhestellung, in der beide Bremszylinder 39 und 39a miteinander verbunden
sind. Wie im Zusammenhang mit 8 und 13 erläutert, ist
bei einer Störung
durch die mit der vierten Ventilgruppe 41 realisierte Back-up-Funktion
eine Bremsung möglich.