DE2423430A1

DE2423430A1 - Steuerventil fuer druckluftbremsen, insbesondere fuer schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE2423430A1
Application number: DE2423430A
Authority: DE
Inventors: Hermann Raum
Original assignee: KNORR BREMSE GmbH; Knorr Bremse AG
Current assignee: KNORR BREMSE GmbH; Knorr Bremse AG
Priority date: 1974-05-14
Filing date: 1974-05-14
Publication date: 1975-11-20
Also published as: ATA277075A; FR2271087B1; SE387590B; GB1497226A; SE7504264L; DE2423430B2; FR2271087A1; AT334963B; DE2533783A1; CH588371A5; DE2533783C2

Description

München, 7*Hai 1974 TP 1-v.i - 1174 -

KIiORE-BEEIlSE GmbH, 8 München 40, Moosacher Str. 80

"Steuerventil für Druckluftbremsen, insbesondere für Schienenf ahrzeuge"«.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil für Druckluftbremsen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, mit einen Dreidruckorgan zur mittelbaren oder unmittelbaren Überwachung des Bremszylinderdruckes und einem den Druckanstieg im Bremszylinder auf einen festgelegten Höchstwert begrenzenden Hochstdruckbegrenzer in einer Verbindungsleitung zwi sehen dem Vorratsbehälter und dem Einlaßventil des Dreidruckorgans, wobei der Höchstdruckbegrenzer vom Druck in der Verbindungsleitung zwischen dem Einlaßventil des Dreidruckorgans und dem Sitz des Hochstdruckbegrenzers in Schließrichtung beaufschlagt ist, und wobei der in einem vom Vorratsbehälterdruck beaufschlagten Druckraum angeordnete und vom Vorratsbehälterdruck entlastete Ventilkörper des Hochstdruckbegrenzers als Ventilkolben ausgebildet ist, der bei einem bestiianten Beaufschlagungsdruck im zwischen dem Dreidruckorgan und dem Höchstdruckbegrenzer liegenden Teil der Verbindungsieitung in seine Schließstellung gelangt. Ein derartiges Steuerventil ist aus der DT-PS 1 287 105 bekannt.

S09847/02A8

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Steuerventil dahin weiterzuverbessern, dass der Luftdurchsatz durch den Höchstdruckbegrenzer erhöht ist, so dass aufgrund des erhöhten, in der Zeiteinheit einströmenden Luftgewichtes die Bremszeiten merklich verkürzt sind.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den restlichen Ansprüchen gekennzeichnet.

Nachstehend sind eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sowie eine Variante derselben anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Höchstdruckbegrenzer eines Steuerventils für Druckluftbremsen von Schienenfahrzeugen, wobei Dreidruckorgan, Bremszylinder, Mindestdruckbegrenzer und Vorratsbehälter schematisch angedeutet sind» und

KLg. 2 einen Längsschnitt durch einen anderen Strömungsleitkörper für den Höchstdruckbegrenzer gemäss Fig. 1.

Der Höchstdruckbegrenzer ist im Gehäuse 1 des zugehörigen Steuerventils angeordnet und weist einen Ventilkolben auf, der von einem Membranteller 2 mit hohlem Schaft 5 gebildet ist, wobei der Schaft 5 an äeia ^-©^ Membranteller 2 abgewandten Ende mit einem Ventilteller 4- versehen und der Membranteller 2 auf der dem Ventilteller 4- abgewandten Seite von

509847/0248

einer flexiblen Membran 5 bedeckt ist. Der Membranteller 2 ist in einer Ausnehmung 6 eines im Gehäuse 1 angeordneten Einsatzes 7 beweglich, in welchem der Schaft 3 axial verschieblich geführt ist, abgedichtet durch einen Dicht-King 8. Die Membran 5 ist mit dem äußeren, umlaufenden Hand zwischen dem Einsatz 7 und einem zweiten Einsatz 9 eingespannt, welcher in das Gehäuse 1 eingeschraubt ist und den anderen Einsatz 7 mittels eines Dichtringes 10 dicht im Gehäuse 1 einschließt.

Der Ventilteller 4 wirkt mit einem eingesetzten Dichtring 11 mit einem Ventilsitz 12 an einer in das Gehäuse 1 eingesetzten Buchse 13 zusammen. Eine Druckfeder 14 zwischen Gehäuse 1 und einem am Ventilteller 4 angreifenden, tropfförmigen Federteller I5 belastet den Ventilteller 4 vom zugehörigen Sitz 12 weg.

Der Durchmesser des Ventilsitzes 12 entspricht dem Durchmesser des Schaftes 3» auf welchem neben dem Ventilteller 4 ein King 16 aus elastischem Material angeordnet ist, welcher eine radiale Bohrung I7 im hohlen Schaft 3 abdeckt und ein Rückschlagventil zwischen der Axialbohrung IS des Schaftes 3 und einem Druckraum 19 im Gehäuse 1 bildet, welches zum Druckraum 19 hin öffnet.

Während die Ausnehmung 6, d.h. der Kaum zwischen Membran 5 und Einsatz 7, über Bohrungen 20 entlüftet ist und mit der freien Atmosphäre kommuniziert, steht der Kaum zwischen Membran 5 und dem zweiten Einsatz 9 mit der Axialbohrung 18 des Schaftes 3 in Verbindung. In diese Bohrung 18 ist ein Strömungsleitkörper 21 eingesetzt, und zwar an dem ventilteller seitigen Ende.

Der Strömungsleitkörper 21 ist als rotationssymmetrischer Zapfen mit einem sich verbreiternden und dann spitz

509847/02-49

Jl
¹T

zulaufenden Ende 22 abgerundeten Profils ausgebildet, wie in Pig. 1 dargestellt. Er ist iait diesem Ende 22 in der an den Ventilsitz 12 anschliessenden Bohrung 23 der Buchse 13 angeordnet und mit einem axialen Sackloch 24 versehen, welches einerseits mit der Axialbohrung 18 des Schaftes 3 kommuniziert, andererseits über Kanäle 25 mit der Bohrung 23 in Verbindung steht, welche an der engsten Stelle zwischen dem Ende 22 und der Innenfläche der Bohrung 23 münden.

Die Bohrung 23 kommuniziert auf der dem Ventilsitz abgewandten Seite mit einem Raum 26 im Gehäuse 1, welcher über eine Steuerdüse 27 und eine Leitung 28 mit dem Einlassventil 29 eines Dreidruckorgans verbunden ist, von dem lediglich das Einlassventil 29 mit dem federbelasteten Ventilkörper 30 und ein damit zusammenwirkender Hohlstößel 31 sowie ein Raum 32 dargestellt sind. Der Raum 26 kann weiterhin über eine nicht dargestellte Leitung mit ebenfalls nicht wiedergegebenen Schaltventilen verbunden sein, welche die Druckentwicklung zum Bremszylinder 33 zu verändern vermögen.

Der Raum 32 unter dem Einlassventil 29 des Dreidruckorgans ist durch eine Leitung y\ direkt oder über die Steuerung eines Relaisventils mit dem Bremszylinder 33 verbunden. Ferner ist ein Mindestdruckbegrenzer 35 vom Druck in der Leitung 34 beaufschlagt, welcher ebenso wie der Höchstdruckbegrenzer im Gehäuse 1 angeordnet ist. Der Druck in der Leitung 34- wirkt auf einen Kolben oder Membranteller 36 des Mindestdruckbegrenzers 35 ein, um einen Ventilteller 37 entgegen der Wirkung einer Druckfeder 38 gegen einen Ventilsitz 39 zu drücken, von dem eine Leitung 40 ohne Steuerdüse zum Einlassventil 29 führt.

Der Druckraum 19 ist dem Höchstdruckbegrenzer und dem Mindestdruckbegrenzer 35 gemeinsam und an einen Vorratsbehälter 41 angeschlossen.

509847/0246

Das Steuerventil ist in Füllstellung dargestellt. Dabei nimmt das Dreidruckorgan mit dem Stößel 31 unter dem Einfluß des Hauptleitungsdruckes die dargestellte Stellung ein, und der Vorratsbehälter 41 wird von der· Hauptleitung- ' her mit Druckluft gefüllt. Der Druck des Vorratsbehälters 41 herrscht auch im Druckraum 19» desgleichen im Einlaßventil 29 des Dreidruckorgans, da der Mindestdruckbegrenzer 35 geöffnet ist und der Druckraum 19 somit über die Leitung 40 mit dem Einlaßventil 29 kommuniziert.

Der Hochstdruckbegrenzer, der sich zu Füllbeginn ebenfalls in öffnungstellung befindet, geht kurz danach, bei Erreichen eines dem Bremszylinder-Höchstdruck entsprechenden Druckes im Vorratsluftbehälter 41 in die Schließstellung "über, da der auf die Membran 5 und den Membranteller 2 einwirkende Druck des Vorratsbehälters 41 den Ventilteller 4 entgegen der Wirkung der Kraft der Feder 14 verschiebt und gegen den Ventilsitz 12 drückt. Das Einlaßventil 29 bzw. dessen Ventilkörper 30 steht über das Mindestdruckventil 35 unter dem vollen Druck des Vorratsbehälters 41.

Wird der Hauptleitungsdruck durch Betätigung eines Führerbremsventils gesenkt, dann ergibt sich ein Übergewicht des Druckes in der nicht dargestellten Steuerkammer des Dreidruckorgans, was zur Folge hat, daß der Stößel 31 sich in Fig. 1 nach oben bewegt und das Einlaßventil 29 öffnet, d.h. dessen Ventilkörper 30 entgegen dem Druck des Vorratsbehälters 41 und der Wirkung der den Ventilkörper 30 belastenden

509847/0246

— 6 —

feder vom zugehörigen Sitz abliebt. Über das geöffnete Einlaßventil 29 strömt dann Druckluft aus dem Vorratsbehälter 41 über den Raum 32 und die Leitung 34- ungedrosselt direkt oder über die Steuerung des Re.laisventils zum. Bremszylinder 33.

Bei einer Stufenbremsung ist der Mindestdruckbegrenzer 35 nach einem bestimmten Druckanstieg geschlossen. Weitere Druckluft kann vom Vorratsbehälter 41 zum Bremszylinder 33 über den sich infolge der Druckluftabströmung aus und damit'Drückabsenkung im Einlaßventil 29 und dem damit kommunizierenden Beaufsclilagungsraum für die Membran 5 unter der Kraft der Feder 14 öffnenden Höchstdruckbegrenzer, die Steuerdüse 27 die Leitung 28 und das geöffnete Einlaßventil 29 sowie die Leitung 34- strömen, bis sich am Dreidruckorgan Gleichgewicht der Kräfte eingestellt hat, was die weitere Druckluftzufuhr zum Bremszylinder 33 unterbricht. Zum Einsteuern einer stärkeren Bremsstufe wird das Einlaßventil 29 des Dreidruckorgans kurzzeitig geöffnet. Der Vorratsbehälter 41 ist so dimensioniert, daß auch dann, wenn an dem Bremszylinder 33 so viel Luft abgegeben ist, daß in diesem Höchstdruck herrscht, der Druck im Vorratsbehälter 41 größer als dieser Höchstdruck im Bremszylinder 33 ist.

Da der Höchstdruckbegrenzer bei einem vorbestimmten Druck in der Leitung 28, dem Bremszylinder-Höchstdruck, schließt, wird der Druck vor dem Ventilkörper 30 nach dem Schließen des Mindestdruckbegrenzers 35, also nach der ersten Brems—

509847/0246 - 7 -

stufe, "bis zum vollen Bremszylinderdruck auf einem dem Bremszylinderhochstdruck entsprechenden Druck konstant gehalten, unabhängig vom jeweils zur Verfügung stehenden -.Druck im-Vorratsbehälter 41. Dies kommt der Empfindliche- . keit und der Einstellgenauigkeit, also der Stufbarkeit des Dreidruckorgans zugute, da zum öffnen des Einlaßventils 29 geringe und stets gleich große Schaltkräfte aufgebracht werden müssen. Weil durch den Höchstdruckbegrenzer der vor der Steuerdüse 27 stehende Druck auf den maximalen Bremsdruck eingestellt und konstant gehalten wird, ist auch eine vom Druck im Vorratsbehälter 41 unabhängige Mengensteuerung gewährleistet, d.h. die Füllseite des Bremszylinders 33 wird durch unterschiedliche Drücke im Vorratsbehälter 41 nicht beeinflußt. Auch können dem Raum 26 über die nicht dargestellte Leitung größere Luftmengen zu Steuerzwecken entnommen werden, ohne daß die Steuerung über das Dreidruckorgan in nachteiliger Weise beeinflußt werden würde.

Der Strömungsleitkörper 21 bewirkt mit seinem Ende 22, daß bei einem Abheben des Ventiltellers 4 vom Sitz 12, während zum Einlaßventil 29 Druckluft:..strömt, die Strömungsgeschwindigkeit in der Bohrung 23 der Ventilbuchse 13 erhöht ist. Da der Raum zwischen Membran 5 und Einsatz 9 mit der Bohrung 23 an der engsten Stelle zwischen Stromungsleitkorperende 22 und Bohrung 23, also im Bereich der größten Strömungageschvindigkeit der die Bohrung 23 durchströmenden Luft kommuniziert, wird der auf die Membran 5 und den Membranteller 2 wirkende statische Druck schnell weiter vermindert, so daß der Abstand

S09847/0246

zwischen dem Ventilsitz 12 und dem Ventilteller 4, also der Öffnungshub des Höchstdruckbegrenzer, unter der Federkraft 14 größer wird. Dies hat zur folge, daß der Luftdurchsatz durch den Höchstdruckbegrenzer, d.h.- das in der ..·-..

Zeiteinheit durchströmende Luftgewicht "beträchtlich erhöht wird, so daß sich eine merkliche Verkürzung der Bremszeiten ergibt.

Vorzugsweise ist der freie Ringquerschnitt zwischen Innenfläche der Bohrung 23 und dem Strömungsleitkörperende 22 entsprechend dem durchströmenden Luftgewicht zu wählen. Die Wirkung des Strömungsleitkörpers 21 ist dann optimal.

Sobald in der Bohrung 23 ein den Bremszylinder-Höchstdruck etwas überschreitender Druck - die Drucküberhöhung ist von der Strömungsgeschwindigkeit, damit von der Druckluftaufnahme des Einlaßventils 29 abhängig - erreicht ist, ergibt sich über der Membran 5 der genannte Höchstdruck und Membranteller 2 mit Schaft 3 und Ventilteller 4 werden gegen die Federkraft 14 abgesenkt, d.h., das Ventil 11,12 schließt zumindest teilweise und drosselt kurzzeitig die Druckluftnachströmung in die Bohrung 23. In der Bohrung 23 sinkt daher die Strömungsgeschwindigkeit, an der Mündung der Bohrungen 25 und damit im Raum über der Membran 5 steigt der statische Druck rasch an und bewirkt ein völliges Schließen des Ventils 11,12, also des Höchstdruckbegrenzers. Die Anordnung ist derart dimensioniert, daß bis zum Erreichen eines Druckaus-

S09847/0246

gleiches zwischen der Bohrung 23 und den mit dieser weiterhin kommunizierenden Räumen in ersterer eine Drucksenkung auf den Höchstdruck eintritt. Der Höchstdruck-Begrenzer bleibt dabei geschlossen· · . ■···..

Aus der geschilderten Funktionsweise ergibt sich, daß das Ventil 1T, 12 in Ruhe stets weit geöffnet oder geschlossen irr. Drosselungsvorgänge an diesem Ventil nur kurzzeitig beim Schließvorgang auftreten. Bis unmittelbar vor Erreichen des Höchstdruckes bestimmt daher nur die Düse 27 den Füllquerschnitt für das Einlaßventil 29 bzw. den Bremszylinder 33·

In Fig. 2 ist eine Variante des Strömungsleitkörpers 21 wiedergegeben. Dieser ist als Konus ausgebildet, welcher sich zum Ventilsitz 12 hin erstreckt und verjüngt und einen mittleren Längskanal 25 aufweist. Der Strömungsleitkörper 21 wird mit - seinem zapfenförmigen Ende 42 in die Axialbohrung 'Ξ des hohlen Schaftes 3 eingesetzt. Der Konus weist an der Basis einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser des Ventilsitzes 12. In der Stellung des Höchstdruckbegrenzers gemäß Fig. 1 erstreckt sich der Konus vom Ventilteller 4 weg, um mit seiner freien Stirnfläche 43 in der Bohrung 23 zu liegen, und zwar in Höhe des Ventilsitzes 12* Die vom Kaum 19 in die Bohrung 23 strömende Luft strömt an der konischen Umfangsflanke 44 des Strömungsleitkörpers 21 vorbei, welche in der Nähe der Stirnfläche 43 geringfügig kcckav gewölbt ist, und der Raum zwisehen Membran 5 und Einsat;r

509847/024S - 1o -

-1ο-

kommuniziert mit dem mittleren Bereich der Bohrung 23, v/elcher an die Stirnfläche 4-3 des Strömungsleitkörpers 21 anschließt, so daß der auf die Membran 5 und den Membranteller 2 einwirkende statische Druck wiederum vermindert und
der Abstand zwischen Ventilteller 4 und Ventilsitz 12 vergrößert ist.

Der Strömungsleitkörper 21 gemäß Fig. 1 bzw. 2 ist beispielsweise durch Preßsitz im hohlen Schaft 3 gehalten.

- 11 -

509847/02-46

Claims

Ansprüche

1. Steuerventil für Druckluftbremsen, insbesondere von ScMefahrzeugen, mit einem Dreidruckorgan zur mittelbaren oder

•unmittelbaren überwachung des Bremszylinderdruckes und einem den Druckanstieg im Bremszylinder auf einen festgelegten Höchstwert begrenzenden Höchstdruckbe£:>?en?.er in einer Verbindungsleitung zwischen dem Vorratsbehälter und dem Einlassventil des Dreidruckorgans, wobei der Höchstdruckbegrenzer vom Druck in der Verbindungs'leitung zwischen dem Einlassventil des Dreidruckorgans und dem Sitz des Höchstdruckbegrenzers in Schliessrichtung beaufschlagt ist, und wobei der in einem vom Vorratsbehälterdruck beaufschlagten Druckraum angeordnete und vom Vorratsbehälterdruck entlastete Ventilkörper des Höchstdruckbegrenzers als Ventilkolben ausgebildet ist, der bei einem bestimmten Beaufschlagungsdruck iiii zwischen dem Dreidruckorgan und dem Höchstdruckbegrenzer liegenden Teil der Verbindungsleitung in seine Schliesstellung gelangt,

..... dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (2, 3, 5) zur Verminderung des auf den in Öffnungsstellung befindlichen Ventilkolben (2, 3} 5) einwirkenden Druckes einen mit dem zugehörigen Ventilsitz (12) und der anschliessenden Bohrung (23) zusammenwirkenden Strömungsleitkörper (21) mit mindestens einem Kanal (25) aufweist, welcher einerseits im Bereich niedrigsten Druckes in der Strömung um den Körper (21) mündet, andererseits mit der dem Ventilsitz (12) abgewandten Kolbenseite kommuniziert.

2. Steuerventil nach Ans'xjxuch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derStrömungsleitkörper (21) mit einem sich verbreiternden und dann spitz zulaufenden Ende (22) in der an den Ventilsitz (12) anschliessenden Bohrung (23) angeordnet ist, wobei der bzw.

509847/0246

- 1g -

jeder Kanal (25) an der engsten Stelle zwischen dem Ende (22) und der Bohrungsinnenfläche mündet.

3· Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strönungslcitkörper (21) als Konus ausgebildet ist. welcher sich zum Ventilsitz (12) hin erstreckt und verjüngt sowie einen mittleren Längskanal (25) aufweist.

509 8 47/0246