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Steuerventilanordnung
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I)ie Erfindung betrifft eine Steuerventilanordnung mit einem in einem
Zylinderraum angeordneten Hauptkolben zur Steuerung wenigstens einer ersten Ventileinrichtung
und wenigstens einem vom Hauptkolben funktionell abhängigen Hilfskolben zur Steuerung
weningstens einer zweiten Ventileinrichtung.
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Es sind Ventilanordnungen bekannt, die aus einem Haupt- und einem
Hilfsorgan bestehen und in einer bestimmten Aufeinanderfolge betätigt werden, wobei
die beiden Organe in einem bestimmten funktionellen Zusammenhang stehen. Nachteilig
ist dabei, daß die Organe vielfach baulich und funktionsmäßig voneinander getrennt
sind, wodurch nicht nur ein relativ großer Raumbedarf erforderlich ist, sondern
auch der erforderliche funktionelle Zusannebhang nicht gegeben ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ei eine Ventilanordnung der eingangs
genannten Art anzugeben, in der die beiden Steuerorgane baulich zusammengefaßt sind
und in einem'bestimmten funktionellen Zusammenhang stehen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der einen
Kolbenseite des Hauptkolbens der Milfskolben angeordnet ist, der zusammen mit dem
Hauptkolben im Zylinderraum verschieblich ist urid wenigstens eine zusätzliche Ventileinrichtung
steuert.
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Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Merkmalen der Unteransprüche und/oder der nachfolgenden Beschreibung
für einzelne Ausführungsbeispiele.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit besonderem Vorteil in pneumatischen
Bremssteuereinrichtungen verwendbar.
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In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele schematisch
dargestellt. Hierin zeigt: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, Fg. la ein zweites
Ausfflhrungsbeispiel, ähnlich dem nach Fig. 1, Fig. 2 ein drittes Ausführungsbeispiel
ähnlich dem nach Fig. 1 und Fig. la, Fig. 3 ein viertes Ausführungsbeispiel mit
einem vom Hauptkolben gesteuerten Ventil und Fig. 4 ein fünftes Ausführungsbeispiel.
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In Fig. 1 befindet sich in einem Zylinderraum 1 eines Ventilgehäuses
2 ein Hauptkolben 3, der den Zylinderraum in zwei Teilräume 4 und 5 unterteilt.
Der Zylinderteilraum 4 ist über einen Kanal 6 an eine erste, nicht dargestellte,
Druckmittelquelle angeschlossen. Der Zylinderteilraum 5 ist über einen weiteren
Kanal 7 an eine weitere, ebenfalls nicht dargestellte, Druckmittelquelle geschaltet.
Der Hauptkolben 3 besitzt einen Stalp oder Stößel 8, der druckdicht verschieblich
durch eine Gehäusewandung 9 geführt ist und mit seinem vorderen Ende in einem Ventilraum
10 endet, in dem ieh ein Ventil 11 befindet,
tas aus einem von einer
Feder 12 belasteten Ventilplatte 13 und einem gehäusefesten Ventilsitz 14 besteht.
Der Ventilraum 10 ist an zwei Kanäle 15, 16 angeschlossen, die bei geschlossenem
Ventil 11 voneinander getrennt und bei gegen die Kraft deI Feder vom Stab 8 aufgestoßenem
Ventil über die Ventilkammer miteinander verbunden sind.
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Der Hauptkolben besteht aus zwei Teilen, einem Hauptkörper 17 in Verbindung
mit dem Stab 8 und einem Ringkörper 18. Zwischen dem Hauptkörper 17 und dem Ringkörper
18 ist der äußerte Umfang einer Membran 19 eines Membrankolbens 19' eingespannt,
der einen am Etauptkolben 3 angeordneten Hilfskolben 20 bildet. Die einander zugewandten
Flächen des Hauptkörpers 17 und des Ringkörpers 18 sind derart gestaltet, daß der
Hilfskolben 20 zwischen einem oberen und einem unteren Anschlag 21 und 22 beweglich
ist.
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Iti den Zylinderteilraum 5 ragt ein Stößel 23 eines Ventils 24 in
einem Ventilraum 25, der an die Kanäle 26 und 27 angeschlossen ist. Das Ventil 24
besteht aus einer Ventilplatte 28, die von einer Feder 29 belastet ist, und einem
gehäusefesten Ventilsitz 30. in geoffrleter Ventilstellung sind die beiden Kanäle
26, 27 über den Ventilraum 25 miteinander verbunden und in geschlossener Stellung
voneinander abgesperrt. An der Ventilplatte 28 ist hier der Stößel 23 befestigt,
der durch eine gehäusewand 31 druckdicht verschieblich geführt ist, die den Zylinderteilraum
5 von dem Ventilraum 24 trennt.
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In dem Hauptkörper 17 des Hauptkolbens 3 befindet sich eine öffnung
32, über die der Zylinderteilraum 4 mit dem Raum 33 zwischen dem Hauptkolben 3 und
dem Hilfskolben 20 ständig verbunden ist.
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Wird in den Zylinderteilraum 4 ein höherer Druckmitteldruck (insbesondere
Luft) als in den Zylinderteilraum 5 eingesteuert, r geht der Hauptkolben 3 mit dem
Hilfskolben 20 in die ge-@@@ehnete, unter Endstellung bzw. verbleibt in dieser Stellung.
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Der Hilfskolben 20 befindet sich dabei ebenalis in seiner gezeichneten
unteren Stellung. Der Stößel 23 des Ventils 24 ragt so weit in deri Zylinderteilraum
5, daß er von dem Hilfskolben 20 in seiner unteren Endstellung entgegen der Kraft
der Feder 23 in seine Öffnungsstellung gedrückt wird, in der der Ventilteller 28
von dem Ventilsitz 30 at)gehoben ist, so daß die Kanäle 26, 27 miteinander verbunden
sind.
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Die Stange 8 am Hauptkolben 3 besitzt eine solche Länge, daß in der
unteren Stellung des Hauptkolbens 3 das Ventil 11 geschlossen ist und damit die
Kanäle 15 und 16 voneinander getrennt sind.
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Wird der Druck in dem Zylinderteilraum 5 erhöht bzw. in dem Zylinderteilraum
4 erniedrigt, so daß der Druck in dem Raum 5 gegenüber dem Raum 4 überwiegt, dann
schaltet zunächst der Hilfskoiben 20 wegen seiner größeren Leichtgängigkeit gegenüber
dem Haupkolben 3 aus seiner unteren Endstellung in die obere Endstellung. Die Länge
des Stößels 23 ist so bemessen, daß sich das Ventil 24 in der oberen Endstellung
des Hilfskolbens in der Abschlußstellung befindet.
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Erst wenn der flilfskolben 20 in seiner oberen Endstellung Kraft schlüssig
an dem Hauptkolben 3 anliegt, vermag die volle Druck kraft gegen den Hauptkolben
3 zu wirken, der dann in seine chere Endstetlung verschoben wird, in der das Ventil
11 von ier Kolbenstarige 8 in seine Offnungsstellung gesteuert wird, urr. die Kanäle
15 und 16 miteinander zu verbinden.
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Statt eines Stößelventils 24 können auch mehrere Stößelventile vorgesehen
sein, die von dem Hilfskolben 20 gesteuert werden.
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Dabei können die in den Zylinderteilraum 5 hineinragenden Stößel unterschiedlich
lang sein, so daß die zugehörigen Ventile in einer bestimmten Aufeinanderfolge geöffnet
bzw. geschlossen werden.
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Eine ähnlicht Steuerventilanordnung nach Fig. 1 ist in Fig. la dargestellt.
Dabei sind entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
Der Unterschied besteht darin, daß die Kolbenatange 8' am Hauptkolben 3 nicht nach
oben, wie in Fig. 1, sondern nach unten ragt. Dabei besitzt der Hilfskolben 20 eine
zentrale öffnung, durch die die Stange 8' druckdicht verschieblich geführt; ist.
J)a; von der Stange 8' gesteuerte Ventil 11' eiitspricht dem Ventil 11 in Fig. 1,
das jedoch in der unteren Endstellung des Hauptkolbens 3 in Öffnungsstellung gesteuert
ist.
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Das Ventil 211', des dem Ventil 24 in Fig. 1 entspricht, ist vom Hilfskolben
20 in neiner unteren Endstellung in die Öffnungsstellung gesteuert. Außerdem ist
in Fig. 1a ein weiteres Stößelventil vorgeschen, von dem nur der Stößel 34 gezeichnet
ist, durch die gegebenenfalls erweiterte öffnung 32 des Hauptkolbens 3 in den Hubweg
des Hilfskolbens ragt.
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in der gezeichneter unteren Endstellung des Haupt- und Hilfskolbens
besteht zwischen dem Hilfskolben 20 und dem Stößel 3 kein Kontakt, so daß das zugehörige,
nich dargestellte Stößelventil geschlossen ist. Werden die Drücke in den Teilzylinderräumen
4 und 5 so geändert, daß der Druck im Teilzylinderraum 5 gegenüber dem Druck im
Teilzyylinderraum 4 überwiegt, so wird wiederum der Hilfskolben 20 wegen seiner
größeren Leichtgängigkeit vor dem Hauptkolben 3 in seine obere Endstellung verschoben.
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Auf diese Weise wird zuerst das Ventil 24' geschlossen und gleichzeitig
oder anschließend das zum Stößel 34 gehörige Ventil geöffnet. Erst wenn anschließend
der Hauptkoiben 3 in seine obeie Endstellung bewegt wird, geht; das Ventil 8' in
Schließstellung.
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Es ist klar, daß die Anordnung nach Fig. S auch mit einem zusätzlichen
Stößelventil entsprechend Fig. la versehen sein kann, dessen Stößel di<rh die
Öffnung 32 in den Hubweg des Hilfskolbens 20 ragt -Fig. 2 zeigt eine weitere Steuerventilanordnung
nach der Erfindung.
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In einem Ventilgehäuse 35 befindet sich ein Zylinderraum 36, der durch
einen Hauptkolben 37 in zwei Teilräume 38, 39 unterteilt ist, die jeweils an Kanäle
40 bzw. 41 angeschlossen sind.
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Der Hauptkolben 37 ist ähnlich dem Hauptkolben 3 in Fig. 1 und ia
aufgebaut und besteht aus einem Hauptkörper 42 und einem Ringkörper 43 zwischen
denen der äußere Umfang eines Membrankolbens eingespannt ist, der einen Hilfskolben
44 bildet, an dem eine Stange 45 angebracht ist, die durch eine zentrale Öffnung
46 im Hauptkolben druckdicht verschieblich ist.
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Pie Kolbenstange 45 ragt durch den Zylinderteilraum 38 und ist durch
eine koaxiale erste öffnung 47 in einer Gehäusewand druckdicht verschieblich geführt,
um einen weiteren Raum 48 sowie eine weitere öffnung 49 in einer Gehäusewand druckdicht
verschieblich zu durchragen. Die Stange endet in einem Ventilraum 50 mit einem Doppelventil
51, das aus einem äußeren Ventilrohr 52 besteht, welches unter der Kraft einer Feder
53 auf einen gehäusefesten Ventilsit 54 gedrückt wird. Die Kammer 50 ist an die
Kanäle 55 und 56 angeschlossen, die bei geschlossenen Ventil 52, 54 voneinander
getrennt und bei geöffnetem Ventil 2, 54 über die Kammer 50 miteinander verbunden
sind. Innerhalb des Ventilrohres 52 ist ein Ventilteller 57 aus seiner gezeichneten
unteren Endstellung entgegen der Kraft einer Feder 58 in zeins obere Endatellung
verschieblich, der von einem Anschlag 59 am Ventfrohr 52 gebildet wird.
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Die Stange 45 am Hilfskolben 44 ist im Bereich der Räume 48 und 50
als Rohr ausgebildet, dessen oberes Ende einen Ventilsitz 60 bildet, welcher durch
die Ventilplatte 57 abgeschlossen wird.
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Der Rohrabschnitt der Stange 45 besitzt im Bereich des Raumes 48 eine
öffnung 61. Der Raum 48 ist an einen Kanal 62 angeschiossen.
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In der gezeichneten unteren Stellung des HilfskolbenÇ 44 ist das Ventil
57, 60 geöffnet und damit der Raum 50 über den Rohrabschnitt der Stange 45 und die
Öffnung 61 an den Raun 48 angeschlossen. Das ;Ventil 52, 54 ist dabei geschlossen
und die Verbindung der Kanäle 55, 56 voneinander getrennt.
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Wird der Druck in dem Zylinderteilraum 39 gegenüber dem Zylinderteilraum
38 erhöht, so geht zunächst der Hilfskolben 44 aus seiner unteren Endstellung in
seine obere Endstellung, die entsprechend wie in Fig. 1 und la durch Anschläge am
Hauptkolben bestimmt sind. Hierbei wird das Ventil 57, 60 geschlossen und damit
die Verbindung zwischen den Kanälen 56, 62 unterbrochen.
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Das Ventil 52, 54 bleibt dabei geschlossen. Erst wenn sich der Hilfskolben
44 in seiner oberen Endstellung befindet, wird auch der Hauptkolben 42 nach oben
bewegt. Dabei kommt die Ventilplatte 57 an dem Anschlag 59 zur Anlage und beim weiteren
Anheben des Hauptkolbens 42 wird das Ventilrohr 52 entgegen der Kraft der Feder
58 von seinem Ventilsitz 54 abgehoben, so daß bei geschlossenem Ventil57, 60 die
Kanäle 55, 56 miteinander verbunden sind.
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Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung ähnlich
der nach Fig. 1. Entsprechende Teile in den Fig. 1 und 3 sind daher mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Der Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht
darin, daß in die Öffnung 32 in dem Hauptkolben 3 als Verbindung zwischen demtTeilzylinderraum
4 und dem Raum 33 zwischen dem Hauptkolben 3 und dem Hilfskolben 20 ein Ventil 63
eingeschaltet ist, das über einen Stößel 64 vom Hauptkolben 3 überwacht ist.
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Das Ventil besteht aus einer von einer Feder 65 belasteten Ventilplatte
66 und einem Ventilsitz 67. An der Ventilplatte 67 befindet sich der Stößel 64,
der außerhalb der Einspannung der Membran 19 des Hilfskolbens 20 durch eine Bohrung
in dem Hauptkolben 3 druckdicht verschieblich geführt ist. Das Ende des Stößels
64 ragt in den Zylinderteilraum 5. In der gezeichneten unteren Endstellung des Hauptkolbens
stützt sich der Stößel an einer den Raum 5 begrenæenden Fläche 5' ab, wobei die
Ventilplatte 66 entgegen der Kraft der Feder 65 in Öffnungsstellung gehalten ist.
Auf diese Weise ist die Verbindung zwischen aem Teilzylinderraum 4 und dem Raum
5 zwischen dem H«uptkolben 5 Bnd dem Hilfakolben g0 freigegeben. Das bedeutet, daß
der Hilfskolben
erst dann mit dem Druck aus dem Teilzylinderraum
4 beaufßchlagt wird, wenn das Ventil 63 in Abhängigkeit von der Lage des Hauptkolbens
3 in öffnungsstellung geschaltet ist. Hierdurch läßt sich die Beaufschlagung des
Hilfskolbens und damit der Schaltzeitpunkt des Ventils 24 genau festlegen, das daher
auch als Schieberventil ausgebildet sein kann.
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Fig. 4 zeigt noch ein weiteteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.
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Der Hauptkolben 68 besteht hier wie bei den vorstehenden Beispielen
aus einem hauptkörper 69 und einem Ringkörper 70, zwischen denen der äußere Umfang
einer Membran 71 eingespannt ist, die einen Hilfskolben 72 trägt, der anders als
bei den erstgenannten Beispielen, als Schieber ausgebildet ist und entlang einem
zentralen Schaft 73 am Hauptkolben 68 druckdicht verschieblich ist.
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Der Schaft 73, der srih in der Zeichnung vom Hauptkolben 68 nach unten
erstreckt, ist über den ffauptkolben hinaus auch nach oben verlängert und durchragt
druckdicht verschieblich einen an einen Kanal 74 angeschlossenen Raum 75, um in
dem an die Kanäle 76 und 77 angeschlossenen Raum 78 zur Steuerung des Ventils 79
zu enden, das dem Ventil 11 in Fig. 1 und 3 entspricht. Der Schaft besitzt eine
zentrale Bohrung 80, die mit Austrittsöffnungen 81, 82 zu beiden Seiten des Hauptkolbens
in Verbindung steht, der in Fig. 4 in seiner einen, unteren Endstellung gezeichnet
ist, aus der er zur öffnung des Ventils 79 in seine andere, obere Endstellung verschoben
werden kann. Dabei bleibt die Öffnung 81 im Beispielsfalle im Bereich des Raumes
75.
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Der als Schieber ausgebildete Hilfskolben 72 besitzt eine Querbohrung
83, die in der gezeichneten, unteren Endstellung des Hilfskolbens 72 an die Austrittsöffnung
82 anschließt, wodurch der Raum 75 Uber den Schaft 73 an den einen Zlnderteilraum
84 angeschlossen ist; der entsprechend dem Zylindertgilräumen 5 in Fig. 1 bis 3
durch den Hilfskolben 72 vom Hauptkolben 68 getrennt ist und an den Kanal 85 angeschlossen
ist.
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Der andere Zylinderteilraum 88, der entsprechend dem Zylinderteilraum
It in den Fig. 1 bis 3 durch den Hauptkolben 68 von dem Hilfskolben 72 getrennt
ist, ist an den Kanal 89 angeschlossen.
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Der Hauptkoben 68 besitzt einen Kanal 90, der zwischen zwei Kolbendichtungen
91 und 92 austritt und in den Raum 93 zwischen dem Hauptkolben 68 und dem Hilfskolben
72 führt. In der unteren Endstellung des Hauptkolbens 68 ist der Kanal 90 im Hauptkolben
an einem Kanal 94 angeschlossen. Die Kanäle 85 und 89 sind an verschiedene Druckmittelquellen
angeschlossen, die hier nicht dargestellt sind. Der Kanal 94 ist an den Kanal 89
angegeschlossen, so daß die Kammern 88 und 93 über die Kanäle 90 und 94 miteinander
iti Verbindung stehen.
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Wenn der Druck in denl Zylinderteilraum 88 größer ist als in dem Zylinderteilraum
d4, wird der Hauptkolben 68 mit dem Hilfskolben 72 aus seiner oberen Endstellung
in die gezeichnete untere Endstellung verschoben, in der das Ventil 79 geschlossen
ist. Erat wenn der Hauptkolben seine untere Endstellung ereicht hat oder kurz davor,
wird der Raum 93 an den Kanal 94 angeschlosgen, und demzufolge wird der Hilfskolben
72 mit einem bestimmten Druck beaufschlagt, so daß er aus seiner oberen Endstellung
am Hauptkolben in seine gezeichnete Endstellung verschoben wird, in der der Raum
84 über den Kanal 83 im HilSskolben 72 und den Kanal 80 im Schaft 73 des Hauptkolbens
68 ar den Rawn 75 angeschlossen wird.
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Nimmt der Druck im Raum 84 einen höheren Wert als der Druck im Raum
88 und im Raum 93 an, so wird zunächst der Hilfskolben 72 In seine obee Endstellung
verschoben, r der der Kanal 80 von dem Raum 84 abgeschlossen ist. Anschließend wird
der Haupt-Kolben 68 zusammen mit dem Hilfskolben t2 in seine obere Endstellung verschoben,
in der das Ventil 7Q von dem Schaft in seine öffnungsstelle gesteuert ist, zwei
den Ventilanordnungen nach den Fig 1 bis 4 handelt es sich iiJ um Beispiele, die
die Erfindung n keiner Weise beschränken,
und lediglich einige
AnwendurIgsmöglichkeiterl der erfindungsgemäßen Haupt- und Hilfskolberieinheit aufzeigen.
Der Haupt-und der Hilfskolben können jeweils ein oder mehrere Ventile bzw. Ventilanordnungen
jeder Art steuern, die auch als Schieberventile ausgebildet sein können. Der Raum
zwischen dem Hauptkolben uiid dem Hilfskolben kann ständig mit dem vom Hilfskolben
abgewandten Teilzylinderraum des Hauptkolbens in Verbindung stehen oder diese Verbindung
ist nur in einer bestimmten Stellung des Hauptkolbens vorhanden. Das heißt, die
Steuerung dieser Verbindung erfolgt durch den Hauptkolben z.B. über ein Stößelventil
oder nach Art eines Schiebers, indem ein Kanal im Hauptkolben mit einem Kanal im
Gehäuse zur Deckung kommt, der in den Zylinderraum des Hauptkolbens austritt. Der
Hilfskolben ist in den Beispielen als Membrankolben ausgeführt. Es ist klar, daß
der Hilfskolben auch als Kolben mit wenigstens einer am Umfang des Kolbens vorhandenen
Kolbenringdichtung ausgebildet sein kann, der zwischen zwei Anschlägen druckdicht
axial verschieblich angeordnet ist.
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Patentansprüche
L e e r s e i t e