DE2802852A1 - Duo-druckluftsteuerventil fuer fahrzeugbremsanlagen - Google Patents

Description

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HIDLAInID-ROSS CORPORATION, 55, Public Square,

Cleveland, Ohio 44113, USA

Duo-Druckluftsteuerventil für Fahrzeugbremsanlagen

Die Erfindung betrifft ein Duo-Druckluftsteuerventil für Fahrzeugbremsanlagen. Die üblichen Lastkraftwagen für den Fernverkehr können in Lastwagen für den Betrieb ohne Anhänger sowie in Lastenwagen in Form von Kraftfahrzeugzügen, bestehend aus dem Zugwagen und dem Anhänger, unterteilt werden.

Derzeit werden in beiden Arten von Lastwagen Duo-Brems— anlagen eingesetzt, bei denen eine jeweils voneinander unabhängige Druckluftzufuhr zu den Vorder- und Hinterachsen vorhanden ist. Bei Lastwagen ohne Anhängerbetrieb ist es üblich, Druckbegrenzungseinrichtungen wie beispielsweise Wandlerventile einzusetzen, die die Luftabgabe zu den Vorderachsen-bremsen im unteren Bremsbereich bei niedriger Bremskraft auf 50 % der Größe begrenzen, die auf den Hinterachsbremsen aufgebracht wird, ßei höheren Bremskräften gehen derartige Einrichtungen in eine Offenstellung, so daß der volle Druck, bzw. der gleiche Druck an beiden Achsen aufgebracht werden kann.

Es ist ferner allgemein bekannt, Druckbegrenzungsventile zusätzlich zu Duo-Druckluftsteuerfußventilen zur Begrenzung des Bremsdruckes an der Vorderachse bei Lastwagenzügen, bestehend aus Zugwagen und Anhänger, einzusetzen, doch ist dies keineswegs für alle Betriebsbedingungen des Zugwagens zufriedenstellend. Die Bremsdruckluftverteilung bei derartigen Zügen ist am wenigsten kritisch, wenn der Zugwagen mit einem Halb-

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Anhänger verbunden ist, weil die wesentliche, wenn nicht überwiegende Bremskraft in Benutzung der Anhängerbremsen auftritt, obwohl die Gesamtbremskraft auch hier durchaus noch verbesserungsbedürftig ist. Wird jedoch ein derartiger Zugwagen dann ohne den Halb-Anhänger benutzt, ist es sehr erwünscht, was allerdings bislang nicht verwirklicht ist, den Druck nun gerade an den Hinterachsbremsen im unteren Bremskraftbereich zu begrenzen. Ein Zugwagen, der ohne Anhänger fährt, ist auf der Vorderachse schwerer belastet, schon im Hinblick auf die vordere Lage des Motors und der Fahrerkabine. Demzufolge würde ein größerer Druck an den Bremsen der Vorderachse dem ohne Anhänger fahrenden Zugwagen mehr Bremsvermögen geben und eine bessere Bremsung ermöglichen, als es mit einer entsprechenden Bremsung der weniger stark belasteten Bremsen der Hinterachse möglich wäre. Bei dieser Ausgangslage hilft die Begrenzung des Druckes an den Hinterachsbremsen, das Hüpfen der Achse zu verhindern und ergibt kürzere Bremswege. Eine derartige Bremsung wäre auch bei Lastwagen erwünscht, die Betriebsbedingungen mit hoch belasteter Hinterachse unterworfen sind, wie beispielsweise Lastwagen oder Zugwagen-Anhänger-Züge mit entfernbaren lasttragenden Boxen. Es wird nämlich nunmehr als vorteilhaft angesehen, die größere Bremskraft an der Vorderachse des Zugwagens zur Verfügung zu haben, wenn ein schwer beladener Anhänger dahinterhängt, und zwar im Hinblick auf den Torsionseffekt an der Vorderachse, der von der Anhängerlast durch das fünfte Rad übertragen wird.

Weiterhin unbefriedigend bei den bislang bekannten Kombinationen eines Duo-Druckluftsteuerventiles und eines Vorderachs-Wandlerventiles ist der niedrige Anfangsdruck, der durch diese Kombination normalerweise an der Hinterachse entwickelt wird, bevor eine Druckaufbringung auf die Vorderachsbremsen erfolgt.

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Es v/ird daher angestrebt und als vorteilhaft angesehen, einen wesentlich höheren Anfangsdruck in den Bremsen an der Vorderachse, oder wenn gewünscht an der Hinterachse, zu haben, um einen beachtlichen Vorbremseffekt an der Achse zu haben, die den höheren Anfsngsdruck hat. Bei den bislang bekannten Ventilkombinationen ist ein weiterer Nachteil, daß der Druck im begrenzten System nicht den des anderen zu einem Punkt erreichen kann, der oberhalb der mittleren Eingabedrücke des Gesamtsystemes liegt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Duo-Druckluftsteuerventil der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das den vorstehend im einzelnen dargelegten Forderungen in vollem umfang gerecht wird.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem kennseichnenden Teil des Anspruches 1.

Das erfindungsgemäße Duo-Druckluftsteuerventil ist nicht nur dazu in der Lage, gesondert Druckluft auf die Vorder- und Hinterachsen des Fahrzeuges zu verteilen, sondern kann auch von einem niedrigen bis zu einem hohen Grad⁺Gesamtbremskraft ⁺der der Bremsanlage des Fahrzeuges ein gewünschtes Verhältnis zwischen den Drücken, die auf die Achsen geschickt werden, erzeugen, wobei dieses Verhältnis der Drücke geändert werden kann, wenn die Bremskraft ansteigt.

Von der Struktur her beinhaltet das normalerweise fußbetätigte Ventil ein Gehäuse mit fünf Kanunern« Eine erste Druckabgabekammer beinhaltet einen Kolben, der vom Pedal betätigt werden kann. Eine zweite Ventilkammer beinhaltet ein erstes Ventilglied, das normalerweise einen ringförmigen Sitz zwischen der ersten und der zweiten Kammer beaufschlagt und von diesem Sitz durch den ersten Kolben abhebbar istj eine dritte Relaisdruckkammer ist mit der ersten Kammer über einen exzentrisch liegenden Durchlaß verbunden. Die vierte Kammer ist eine Druckabgabekammer,

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die mit der dritten Kammer eine Zylinderwand gemeinsam hat, wobei ein zweiter Kolben hier vorgesehen ist, der von der Druckluft, die von der ersten Kammer zur dritten Kammer strömt, und zwar durch einen verbindenden, exentrisch liegenden Durchgang. Der fünften Kammer ist ein zweites Ventilglied zugeordnet, das normalerweise auf einem ringförmigen Sitz zwischen der dritten und vierten Kammer aufsitzt.

Die beiden Druckabgabekammern sind mit Auslässen verbunden, die normal mit den Bremseinrichtungen der Vorder- und Hinterachsen verbunden sind. Die beiden Ventilkammern haben Einlasse, die normal mit voneinander getrennten Druckluftspeichern verbunden sind.

Wird somit das erste Ventilglied in der zweiten Kammer vom Sitz abgehoben, kann die erste Kammer unter Druck gesetzt werden, um Druckluft zu der Bremseinrichtung der einen Achse abzugeben. Der in der ersten Kammer aufgebrachte Druck wird in die dritte Kammer übertragen, so daß der zweite Kolben sich ausreichend bewegt, um das zweite Ventilglied in der fünften Kammer vom Sitz abzuheben, woraufhin Druckluft von der fünften Kammer in die vierte Kammer strömt, die als Versorgungsquelle für die Bremseinrichtung der anderen Kammer dient. Der sogenannte Anfangsdruck beträchtlichen Ausmaßes, der mit dem erfindungsgemäßen Ventil erzielbar, ist als derjenige Druck definiert, der vorab in der ersten Kammer erzeugt wird, um die Reibungswiderstände, die den zweiten Kolben stützenden Federn und die Widerstände, die das zweite Ventilglied bei seiner Bewegung fort vom Sitz zu überwinden hat, zu überwinden, sowie ferner den Widerstand gegen die Öffnung dieses zweiten Ventilgliedes, der sich aus dem Druck in der fünften Kammer ergibt.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß dieser Anfangsdruck und die Art und Weise der Veränderung der Differenz der Drücke in den beiden Druckabgabekanunern bestimmt werden kann durch die Relation, die sich aus dem Größen-

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bereich der Ventilsitzes für da;j zweite Ventilglied in der fünften Kammer mit dem queraxialen Bereich des Querschnittes einor äußeren Fläche deszweiten Ventilgliedes existiert, die in gleitend abgedichtetem Kontakt mit einer umgebenden Wand ^r, der fünften Kammer steht. Tm Prinzip kann der Größenbereich dec Ventilsitzes über denjenigen des genannten Querschnittsbereichec vergrößert sein, um einen gewünscht hohen Anfangsdruck zu haben. Es hat sich ferner herausgestellt, daß auch andere, später noch im einzelnen beschriebene Größebereiche da^ Gleichgewicht zwischen den Drücken an der Vorderachse und der Hinterachse bei hohen Bremskräften beeinflussen können=.

Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß das Ventil in einer Duo-Bremsanlage eingesetzt ist, um andere druckbegrenzende Einrichtungen unnötig zu machen_o

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig_o 1 eine schaubildliche Darstellung einer bislang üblichen Bremsanlage für ein Zuwagen-Anhängersystem,

Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung einer Bremsanlage

mit einem Druckluftsteuerventil gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen Längsachsenschnitt durch ein Duo-Druckluftsteuerventil gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine Darstellung von Verhältniskurven, wobei auf der Ordinate und der Abszisse die Werte der Drücke

aufgetragen sind, die von den beiden Abschnitten des Dua-Druckluftsteuerventiles gemäß der Erfindung abgegeben werden.

SAD ORIGINAL

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Fig. 1 zeigt schaubildlich in stark vereinfachter Form eine Bremsanlage bisheriger Bauart für einen Lastwagen oder ein Zugwagen-Anhängersystem, in dem ein Duo-Druckluftsteuerventil 5, das fußbetätigt ist, Druckluft an die Bremseinheiten 6 zur Bremsung der Räder 7 einer Vorderachse durch die Leitungen und 9 und ausgehend von einem Abschnitt des Ventiles 5 mittels eines Speichers 10 abgibt, der mit dem Ventil über die Leitung 11 verbunden ist. Für die Bremseinheiten 21 der Hinterachse wird Druckluft von einem zweiten Speicher 12 über die Leitung 15, einen weiteren Abschnitt des Ventiles 5, die Leitung 16, eine Antiblockiereinrichtung 17 und die Leitungen 18, 19 zugeführt.

Um zu erreichen, daß an den Rädern 5 eine geringere Bremskraft wirksam wird als an den Rädern 22 der Hinterachse, sind die Leitungen 8 und 9 durch ein Wandlerventil 24 miteinander verbunden, das auf konventionelle Weise den Druck, der zu den Rädern 7 gelangt, begrenzt auf eine Größe, die unter der Druckgröße liegt, mit der die Bremseinheiten 21 der rückwärtigen Räder beaufschlagt werden. Die Druckluft wird dem Gesamtsystem durch eine Pumpe 26 zugeführt, die mit einem Hauptspeicher verbunden ist, von dem aus dann die Druckluft über Rückschlagventile 28 zu den Speichern 10 undl2 gelangt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird der Abschnitt 31 des Ventiles 5, der näher dem Pedal 32 liegt, direkt vom Pedal oder irgend einem anderen äußeren Einwirkmittel betätigt, um die Druckluft auf die Bremsen der Hinterachse zu bringen. Der Abschnitt 34 des Ventiles 5, der den Zustrom von Druckluft zu den Vorderachsbremsen steuert, wird entweder in der üblichen Weise von Fußventilen durch direkte Betätigung betätigt, oder arbeitet in Relaisform, d.h. mittels Druckluft, die vom ersten Abschnitt 31 in den zweiten Abschnitt 34 des Ventiles 5 eingeblasen wird. Üblicherweise sind eine kleine Wirkungsverzögerung und/oder ein geringerer Luftdruck so vorgesehen, daß die Bremskraft an der Vorderachse geringer ist als an der Hinterachse. Die Bremskraftverringerung wird in einem wesentlichen Ausmaß von dem Wandler-

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ventil 24 gesteuert, daö den Druck an den Vorderradbremsen auf einem geringeren Wert hält, als an den Hinterradbremsen herrecht, mit Aufnahme schwerer Vollbremsaktionen am Fahrzeug.

Bei der Bremsanlage nach Fig. 2 ist ein ähnlicher Aufbau wie bei der Anlage nach Fig. 1 vorgesehen, wobei jedoch jetzt die Leitung von dem für die Vorderachse zuständigen Speicher 10 sich durch denjenigen Abschnitt 41 eines Ventiles 40 erstreckt, der dem Pedal 42 am nächsten liegt und der direkt durch die mechanische Aktion des Pedales betätigt wird, so daß der Luft-IQ druck auf die vorderen Bremseinheiten ohne Modifikation, d.h. ohne Einschaltung eines Wandlerventiles, wie in Fig. 1 vorgesehen, übertragen werden kann. Die Druckluft dagen, die auf die Bremseinheiten der Hinterachse übertragen wird, wird in dem Abschnitt 43 des Ventiles 12 moduliert, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Das Gehäuse des Ventiles 40 beinhaltet zwei Gehäuseteile 46 und 47, die einen inneren zentralen Durchlaß definieren, der sich durch die beiden Gehäuseteile längs einer Achse N-N erstreckt, und zwar von einem den Betätigungsdruck empfangenden Ende bis zu einem Luftauslaßende. In allgemeiner Form beinhaltet das Gehäuseteil 46 den Primärabschnitt des Ventiles und das Gehäuseteil 47 den Relais-Abschnitt des Ventiles. Der innere Durchlaß ist begrenzt von einer Reihe koaxialer, innerer Zylinderwandflächen variierenden Durchmessers, die begrenzen und teilweise definieren in Reihenfolge eine erste Druckabgabekammer 51, eine zweite Ventilkammer 52, eine dritte Relais-Druckkammer 53, eine vierte Druckabgabekammer 54 und eine fünfte Ventilkammer 55 benachbart dem Luftablaßende.

In der ersten Druckabgabekammer ist ein erster Kolben 56 angeordnet, der hin- und herbeweglich an einer zylindrischen Seitenwand 57 der Kammer abgedichtet ist und an der inneren Zylinderfläche einer Wand 58, die als Federhalter wirkt, geführt ist.

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Lie Ventilkammer ζ-2 beinhaltet ein Ventilglied 60, das von einer Feder 52 federnd gegen einen Ventilsitz 61 gedrückt gehalten ist, die von einem Wandungsabschnitt an der Verbindung zwischen der ersten und zweiten Kammer gebildet ist. Die Kammern 53 und 54 haben eine gemeinsame zylindrische Wandung 108, an der ein zweiter Relaiskolben 64 geführt i::.t, der unter dem Druck einer Feder 97 steht, die den Kolben in Richtung auf die Kammer 52 drückt. Der Kolben 64 weist einen Zentralabschnitt auf, der teilweise als Stößel 65 ausgebildet ist, der sich auf den Kolben 56 au erstreckt und teilweise ein hohler Durchlaß ist, der sich in der vierten Kammer 54 zur fünften Kammer 55 erstreckt und in einem ringförmigen Schurz 67 endet. Die Kammer 55 beinhaltet ein Ventilglied 70, das federnd von einer Feder 1OL gegen einen Ventilsitz 71 gedruckt gehalten irt, der zum Ablaßende des Gehäuses hinweist.

Die er^te und vierte Kammer, d.h. die Druckabgabekammer 51 und die Druckabgabekarnmer 54, haben jeweils. Auslässe 7 3 und 74. Die zweite und fünfte Kammer, d.h. die Ventilkammer 5? und die Ventilkammer 55, haben jeweils Einlasse 75 und 76. Die Enden der ersten und dritten Kammern 51 und 53, die jeweils an die zweite Kammer 52 angrenzen, sind durch einen exzentrisch liegenden Durchlaß 78 miteinander verbunden.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird der Kolben 56 durch eine Feder 81 gegen einen Rückhaltering 82 gedrückt, der in einer Nut des Gehäuses sitzt und als Anschlag wirkt. Der Kolben 56 bewegt sich während einer Betätigung beispielsweise durch das Pedal 42 (Figo 2) hin und her, wobei das Pedal auf den Kolben über ein Beaufschlagungskraft aufnehmendes Verschlußstück 83 und eine Feder 84 einwirkt, die zwischen dem Verschlußstück 83 und dem Boden einer mittleren Ausnehmung im Kolben angeordnet ist. Ein Rückhaltering 85 in einer Nut in der Innenwandung des Kolbens verhindert, daß sich.das Verschlußstück vom Kolben ablöst.

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Diese Ausgestaltung ermöglicht es dem Kolben, sich auf die inneren Ventilkräfte während der in Betätigung relativ zum Pedal in Abhängigkeit vom Pedaldruck, ausgeübt über das Verschlußst"ck 83, einzustellen. Die Außenfläche des Kolbens 56 weist zwei zylindrische Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers auf, die komplementär zu den in Achsrichtung voneinander abständigen Gehäusewandungen 57 und 87 sind, so daß der Kolben in einer präzisen Axialbewegung hin- und hergehen kann, wie sie für eine gute Ventilfunktion benötigt wird. Eine Abdichtung gegenüber der Atmosphäre geschieht durch den O-Ring 88, der gegenüber der Wandung 57 abdichtet. Der Kolben 56 hat einen in Achsrichtung gesehen innenliegenden kegelförmigen Abschnitt 98, dessen äußere kreisförmige Lippe im Durchmesser so groß ist, daß ein kontinuierlicher kreisförmiger Kontakt mit der ringförmigen Oberfläche 81 des Ventilgliedes 60 möglich ist. Wie aus Fig.

ersichtlich, ist das erste Ventilglied 60 in der nicht betätigten Stellung gegen den Sitz 61 durch eine Feder 92 gedrückt gehalten, die unter Zusammendrückung in der Ventilkammer 52 zwischen einem ringförmigen Flansch 93 des Ventilkörpers, der mit einem federnden Material überdeckt ist, und einem Ringkörper 94 abgestützt, der am Gehäuse durch einen Sprengring 95 festgelegt ist.

Der Kolben 64 ist mittels einer Feder 97 in Richtung auf die Ventilkammer 52 gegen den kegelstumpfförmigen Abschnitt 89 des Kolbens 56 als Anschlag gedrückte Dessen Schurz 67 endet gegenüber der Oberfläche des Ventilgliedes 70 mit einem Spalt 98, der merklich größer ist, und zwar etwa um 1,6 mm, als der Spalt zwischen der Endlippe des kegelstumpfförmigen Absatzes 89 und der Oberfläche 91 des Ventilgliedes 60. Dies gewährleistet, daß der Luftdruck in die Druckabgabekammer 51, ausgehend von der Ventilkammer 52, eintreten kann, wenn das Ventilglied 60 von seinem Sitz 61 abgehoben hat, bevor irgendein Abheben des zweiten Ventilgliedes 70 von seinem Sitz geschieht.

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Das Ventilglied 70 hat generell den gleichen konstruktiven Aufbau wie das Ventilglied GO, obwohl eo in den Dimensionen abweicht. Es hat einen Flansch 101, der von einem federnden Material überdeckt isb, sowie einen zylindrischen Abschnitt ICZ, dessen Außenmantel an einem ringförmigen Halter 10". geführt i»"L, der im Ablaßeiide des Gehäucej fer-tgelegt ist.

Das Ablaßende des Ventiles ist so konstruiert, daß die Druckluft schnell aus der Druckabgabekammer 51 und der ReIai-druckkammer 52 abströmen kann, und zwar durch die mittigen Öffnungen in den Ventilgliedern 60 und 7u und dem zweiten Kolben 64.

Im Betrieb wird daa Pedal 42 niedergedrückt und e^ L-'cöRt dabei das Verschlußstück 80 in dö.z Innere des Kolben j 56. Der Kolben bewegt sich in das Gehäuse hinein und hebt das Ventilglied 60 von seinem Sitz 61 ab, so daß die Druckluft, die in dem Speieher 10 beispielsweise mit 7 atu bereitgehalten ist, von der Ventilkammer 5 2 in die Druckabgabekammer 51 strömen kann und von dort aus, wie in Fig. 2 dargestellt, die Brem^einheiten 6 der Vorderbremse beaufschlagt. Die Druckluft strömt von der Druckabgabekammer 51 über den Durchlaß 78 in denjenigen Teil der Relaiskammer 53, die der Ventilkaimner 52 benachbart liegt. Der Kolben der Relaiskammer 5 2 bewegt sich gegen die Kraft der Feder 97, bis der Schurz 67 auf das Ventilglied 70 trifft. Nun kommt ein wesentlicher Aspekt der Erfindung int. Spiel, da ein Druck hinter dem Kolben 64 oder in dem Abschnitt der Kammer 53, der an die Kammer 52 angrenzt, entwickelt worden ist, um das Ventilglied 70 vom Sitz abzuheben. Dieser Druck ist als Anfangsdruck zu bezeichnen. Er tritt gleichzeitig in den Kammern 51 und 53 auf und hat einen Wert, der ausreicht, um die Reibung des Kolbens 64 und des Ventiles 70 mit den jeweils umgebenden Wandungen und die Kompressionskräfte der Federn 97 und 105 zu überwinden und die Kraft aufzubringen, die erforderlich ist, um das Ventilglied 70 gegen den Versorgungsdruck der Kammer 55 vom Sitz abzuheben, der auf einen Querschnitt einwirkt, der sich

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au ο der απ dem 3itz T. definierten Öffnung abzüglich dec Querschnitt .'.bereiehe.?· ergabt, der vor. der äußeren zylindrj i.chen Fläche 10 2 de.: Ventilglieder- τ umschrieben ist. Im Fall eines Fehlen. v;r duck im Prirrn rat-.;chnitt des Ventilen 40 v/ird der Ξ Relairabn chiiitt des Ventiles mechanisch vom Pedal betätigt, wobei der Kolben. 5€ dann alt: Zwischenbetätigungrylied zur 3eaufr.chlagung des Stößel:· CS de.^c: Relairkolbens CA wirkt.

In» Formalbetrieb irrt die Funktion dec Kclben; 56 und der zugeordneten Feder 81 und S4 r-o ausgelegt, daß der Kolben ::ich re-

U lativ von vom Pedal niedergedrückten Verschlußstuck Sl zurückbev;egen kann, wenn Druckluft durch den geöffneten Ventilrita eintritt, um in ^Her Kammer 51 zur Erzielung der gewünschten Bremskraft einen Druck aufzubauen. Wenn das Gleichgewicht zwischen der Pedalkraft auf das Vercchlußstück 8" und der eatgegen-

IS gesetzten Druckkraft auf den Kolben 55 erreicht ist, bringt die Feder 84 den Kolben in eine Stellung zurück, in der das Ventilglied 60 auf den Ventilsitz Gl aufsetzen kann, vo daß sich der Druck sowohl in der Druckabgabekammer 51 wie in der Relaisdruckkammer 53 stabilisiert.

Da der Spalt 39 kleiner ist als der Spalt 98, bewirkt die Öffnung des Primär-Ventilbereiches am Sitz 61 durch die normale Pedalbetätigung nicht die Öffnung des ReIaisventiles am Sitz Im Prinzip wird der Relais-Ventilbereich nicht bet-ätigt, bis ein Anfangsdruck Pl (initial) in der Relaisdruckkammer 53, der auf den Querschnittsbereich A2 innerhalb des Außendurchmessers des Kolbens 64 in Kammer 53 minus des Querschnittsbereiches Al innerhalb des Außendurchmessers desjenigen Teiles des Durchlasses 66, der sich durch die Gehäusewand oder den Ring 94 zwischen den Kammern 52 und 5 3 hindurcherstreckt, über ein Maß hinausgeht, das ausreicht, um die erforderliche Kolbenkraft aufzubringen, um erstens die Kompressivkraft (Sa und Sb) der Federn 97 und 105, zweitens die Reibung F des Kolbens 64 und des Ventilgliedes 70 an den angrenzenden Zylxnderwandungen und drittens die Kraft [jP5 (A3 - A4)^] zu überwinden, die vom Ver-

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sorgungsdruck P5 in der fünften Kammer 55 auf einen Querschnittsbereich ausgeübt wird, der gleich dem Querschnittsbereich A3 der Öffnung innerhalb des Sitzes 71 minus des Querschnittobereiches A4 i.;t, der gleich dem innerhalb eines trancaxialen Querschnittes des zylindrischen Abschnittes 102 dec Ventilgliedes 70 ist. Die vorstehend geschilderte Relation kann in folgender Gleichung zum Ausdruck gebracht werden:

Pl (initial; -)

A2 - Al

Die bekannten üblichen Duo-Druckluftsteuerventile sind so ausgelegt, daß A3 etwa gleich A4 ist. Demzufolge fällt der Versorgungsdruckfaktor PS (A3 - A4) aus der Gleichung heraus und der Anfangsdruck zur Betätigung des Relais-Ventilmechanismus hat lediglich die Reibung und Federkräfte entsprechend denjenigen der Feder und 105 zu überwinden.Übliche Ventile dieser Art sind durch niedrige Anfangsdrücke, niedriger als 0,35 at, gekennzeichnet, und die Ausgangsdrücke der Relaisabschnitte laufen längs einer Kurve, die eng parallel der geradlinigen Kurve M der Fig. 4 ist, die repräsentativ für die hypothetische Situation ist, daß die Drücke für die Vorder- und Hinterachsen in allen Betätigungsniveaus der Bremsanlage etv.'a gleich sind. Eine derartige Druckparallelität ist dann üblicherweise durch die Verwendung von Wandlerventilen modifiziert worden, die üblicherweise in den Druckleitungen zu der Vorderachse sitzen, wie etwa in den Fig. 3 und 2 der US-PS 3 776 60 2 und 3 776 60 3 gezeigt. Die Bremsbetätigung ist dabei durch einen niedrigen Anfangsdruck gekennzeichnet, was in einem nur sehr geringfügigen Unterschied in der anfänglichen Bremsbetätigung oder der Bremsbetätigung mit niedriger Bremskraft an beiden Achsen resultiert.

Es wird jedoch nunmehr als vorteilhaft angesehen, eine nennenswert größere Bremskraft an der einen Achse als an der anderen in Bereichen niedriger Bremskraft, beginnend mit dem Dfcuck Null, aufzubringen. Die Bremskraft soll auf eine Achse durch einen

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Anf ar. 3:.dr uck (_P (initial) J aufgebracht werden, wobei der Anfangodruck oi- zu 1,4 at betragen kann. Das Erfindungswesehtliehe bei tcht in Girier Ventil konstruktion, mit- der der gewpnschte hohe Anfang3druck entwickelt werden kann, der das Bremsen auf einer V. Ach:-e ermöglicht, bevcr ein Anfangsdruck überschritten wird, jenc&itr von dem das 2 j. ent sen auf der anderen Achse beginnt. Erfindungsjemäß ict ferner eine Ventilkonstruktion vorgesehen, bei 3er die Anfangsdruckdifferens zwischen den beiden Achsen graduoll reduziert wird, wenn die Gesamtbremskraft des Fahrzeu-

Iv ge.-, gesteigert wird. Wird die Bremskraft gesteigert, kann die Druckdifferenz auf Null gebracht werden und kann einen negativen oder umgekehrten Differenzwert bei hohen Bremskräften annehmen, wie mit den Kurven N und Q in Fig_o 4 illustriert ist. Punkte entlang jeder geraden Linie in Fig. 4 haben einon Abszissenwert, der den pedalinduzierten Druck Pl im Primärabschnitt des Ventilos darstellt. Die Ordinatenwerte entsprechen^ den Drücken P? im RelaisabcChnitt des Ventiles.

Die Kurven N und Q präsentieren das Betragen zweier verschiedener Ventile gemäß der Erfindung mit P (initial)-Werten von

?ⁿ 0,7 und 1,4 at. Die Kurve P zeigt den Effekt, der auftritt, wenn man bei einem konventionellen Ventil die Größen der Werte Sa, Sb, oder Sa + Sb der Federn 97 und 105 steigert. Ein Ventil mit entsprechender Kurve P arbeitet nicht befriedigend, weil die Steigerung in der Federstärke keine Gleichheit der zunächst unterschiedlichen Drücke an Vorderachse und Hinterachde bei höheren Bremskräften bringt.

Gemäß der Erfindung und wie es die Kurven N und Q zeigen, verringert sich die Differenz in den Bremsbetätigungsdrücken der beiden Achsen von einem Maximun entsprechend P (initial) bei niedrigen Drücken auf den Wert Null bei einer Druckbeaufschlagung von 5,6 at an beiden Achsen. Die Kurven N und Q zeigen ferner, daß der Betätigungsdruck derjenigen Achse, deren Druck im niedrigeren Bremskraftbereich kleiner ist, über den-

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jenigen der zunächst mit höherem Bremsdruck arbeitenden Achse, noch ansteigt, wenn die Bremsung noch über 5,6 at hinaujyesteigert wird, wenn man eine maximale Bren>3druckbeaufschlagung mit 7 at oder noch mehr zugrundelegt.

Das Ventil 40 arbeitet der Bremsanlage gemäß Fig. 2 ohne ein Wandlerventil, wie etwa ein Ventil 24 in der Bremsanlage nach der Fig. 1. Es kann jedoch anstelle des T-Stücken 109 in der Nähe der Vorderachse der Anlage nach Fig. 2 ein Schnellentlastungsventil (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Aus den vorstehend beschriebenen Gründen bewirkt das Ventil 40 die unbegrenzte Druckzufuhr vom Primärabschnitt des Ventiles zur Vorderachse, mit einer Modifizierung des Druckes für die Hinterachse und das ist bei Kraftfahrzeugzügen aus Zugwagen und Anhänger ebenso wie bei einigen ohne Anhänger su fahrenden Lastwagentypen erwünscht.

Wichtig ist die Relation zwischen den in Fig. 3 eingezeichneten Querschnittsbereichen Al, A2, A3 und A4, und damit naturgemäß der entsprechenden Durchmesser Dl, D2. D3 und D4.

Ausgehend von einem Konstruktionsbeispiel eines Duo-Druckluftsteuerventiles 40, das mit einem Speicherdruck von 7 at und einem Initialdruck von 1 at arbeiten kann, haben sich die nachfolgenden Relationen als geeignet erwiesen:

A3 - 2,86 χ A4; Al = 0,244 χ A4; A2 = 14,2 χ A4. Die jeweiligen Durchmesser der Querschnittsbereiche Al, A2, A3 und A4 betragen dabei Dl = 9,4 mm; D2 = 71,1 mm; D3 = 32 mm; D4 = 17,8 mm. Die betroffenen Querschnittsbereiche Al, A2 und A3

1 {

2 2 2 haben dann einen Querschnitt von 68,4 mm , 3968 mm , 800 mm und 279 mm

Ein derartiges Ventil arbeitet gemäß einer geradlinigen Kurve (nicht dargestellt), die annähernd in der Mitte zwischen den Kurven N und Q der Fig. 4 liegt.

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Die Annahme sine;: cpesifischen Initialdruckes Pl (initial) des Druckausgleichspunktes schafft zwei Punkte auf der Kurve, die die Steigung der Kurve definieren, auf die die Auslegung des Ventile? basiert v/erden kann. Die Steigung einer Kurve mit einerr Initialdruck von lat und einem Ausgleichsdruckpunkt bei 5,G at beträgt 1,?3_O Die anwendbare Gleichung unter Zugrundelegung lediglich des Initialdruckes lautet in Arinäherung wie folgt:

Steigung = - 1,23

Die bestimmende Relation zur Festlegung des Initialdrucke.s Pl (initial) wird ausgedrückt durch:

Sa + Sb + F + P5 (A3 - A4)

Pl (initial) =

A2 - Al

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Erfindung^-gemäß i':t A3 immer größer air A4. Die Werte von (A3 - AA) können leicht mit Hilfe dieser Gleichungen durch Wählen der Größe A? b2w_o D? gefunden werden, wie beispielsweise Vierte- für D2 zwischen 50 und 76 mm, var zu einem Ventil führt, wac den praktischen räumlichen Erfordern!seen innerhalb eines Lastwagen entcpricht, wobei man dann Dl ausreichend groß hält, beispielsweise auf Werten zwischen G und 12 mm, um einen ausreichend unbehinderten Luftstrom durch den Durchmesser Dl hindurch zu gewährleistenο Sind somit die Dimensionen von A2 und Al festgelegt, ist klar ersichtlich, daß die Relation von A3 zu A4 die entscheidende Bedeutung hat und gesteigert oder verringert werden kann, je nach Wunsch, um einen größeren oder üeineren Wert für Pl (initial) zu erhaltene Um somit den Wert Pl (initial) zu vergroßem, kann entweder der Wert von A3 vergrößert werden oder der Wert von A 4 verkleinert v/erden oder beides.

Die Bedeutung des Vorhergehenden besteht darin, daß zwei Hauptfaktoren beim Anmeldungsgegenstand am Werk sind, und zwar erstens die Höhe des Initialdruckes Pl (initial) und zweitens

A2 — A1

der Einfluß der Größe zur Festlegung einer Verhaltenskurve für das Ventil, welche Kurve eine Steigung größer als 1 hat.

Das vorstehend beschriebene Ventil schafft ein Duo-Druckluftsteuerventil für Fahrzeugbremsanlagen, das ein gewünschtes

2S Muster von Druckdifferenzen und Druckverhältnissen im niedrigen Bremskraftbereich schaffen kann, und zwar ohne die Verwendung eines Wandlerventiles oder einer sontsigen Druckminderungseinrichtung. Es ist ferner eine Bremsanlage hierdurch geschaffen, in der alle Druckmodulationen zwischen den Vorder- und Hinterachsen mit einem einzigen Ventil, nämlich dem infragestehenden Duo-Druckluftsteuerventil, erreicht werden..

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Claims (8)

Patentanwälte Dr. O. Loesenbeck Dipl.-lng. Stracke ku , .md-pr,^; Corp. Dipl.-Ing. Loesenbeck 4S Bielefeld, Herford* Straße 17 P a t e η t a. η "> ρ i" ü c h

1. Duo-Druckluftsteuerventil, dadurch gekennzeichnet, d=iß in dem Ventilgehäuse (46,47) in Aufeinanderfolge fünf koaxiale Kammern,- beginnend vom Betätigungsende bis zum Druckluftablaßende des Ventiles angeordnet sind, und κν/ar eine erste Druckabgabekainmer (51), die einen von außen bewegbaren ersten Kolben (56) beinhaltet, eine zweite Ventilkammer (52), die, ein erstes Ventilglied (60) beinhaltet, das normalerweise federnd gegen einen koaxialen ringförmigen Ventilsitz (61) zwischen der ersten und zweiten Kammer angedrückt ist, wobei dieses Ventilglied (60) in unbetätigter Lage mit einem kleinen Spaltabstand (99) vom ersten Kolben (56) liegt und durch diesen Kolben vom Sitz fortbewegbar ist, sowie ferner eine dritte Relaisdruckkammer (53) und eine vierte Druckabgabekammer (54), wobei die dritte und vierte Kammer teilweise durch eine innere Zylinderwand (108) definiert sind, an der ein zweiter Kolben (64) hin- und herbeweglich geführt ist, der die dritte und vierte Kammer voneinander trennt, wobei der Kolben (64) in der unbetätigten Stellung in Richtung auf die zweite Kammer (52) gedrückt ist, sowie schließlich eine fünfte Kammer (55), die ein zweites Ventilglied (70) auf-

. nimmt, das normalerweise federnd gegen einen koaxialen ringförmigen Ventilsitz (71) zwischen der vierten und fünften Kammer gedruckt ist, wobei die Ventilglieder und er zweite

> Kolben mittig zum Luftablaßende des Ventiles hin offen sind und ein gesonderter Durchlaß (78) diejenigen Enden der ersten und dritten Kammer (51,53) miteinander verbindet, die der ··'" zweiten Kammer (52) benachbart liegen, derart, daß der zweite Kolben (64) durch Luftdruckvariationen hin- und herbewegbar ist, die von der ersten Kammer zur dritten Kammer übertragen werden, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Druckabgabe-

QRIGSNAL INSPECTED . ■. ■

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kammern (51,54) jeweils einen Auslaß (73,74) haben und die beiden Ventilkammern (52,55) einen Einlaß (75,76) haben und der zweite Kolben (64) einen axialmittigen, offenen Durchlaß in seinem Inneren hat, der in offener Verbindung zum Inneren der beiden Ventilglieder (60,70) steht, welcher Durchlaß eine Endfläche hat, die in umschließenden Kontakt mit einer ringförmigen Oberfläche des zweiten Ventilgliedes (70) zu bringen ist, in der unbetätigten Stellung jedoch in einem Spaltabstand (98) dazu liegt, wobei das zweite Ventilglied (70) mit einer äußeren zylindrischen Fläche (107) abgedichtet an einem Wandabschnitt (103) des Ventilgehäuses (47) geführt ist, der die fünfte Kammer (55) einschließt und wobei ferner der zweite Ventilsitz (71) einen größeren Durchmesser hat als die äußere zylindrische Fläche (102), derart, daß im Betrieb ein beträchtlicher Initialdruck in der ersten und dritten Kammer (51,53) erzeugbar ist, bevor sich der Druck in der vierten Kammer (54) entwickelt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fünf Kammern (51 bis 55) durch einen zentralen Durchlaß im Ventilgehäuse (46,47) definiert sind, der eine Anzahl von zylindrischen, zueinander koaxialen inneren Wandabschnitten unterschiedlicher Durchmesser aufweist, die die Kammern in ihrer genannten Aufeinanderfolge definieren.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (56) in der ersten Kammer (51) hin- und hergehend und abgedichtet an der zylindrischen Wand (57) der ersten Kammer geführt ist und federnd mittels einer Feder (81) gegen einen Anschlag (85) gedrückt gehalten ist, der sich nahe am Betätigungsende des Gehäuses (46) befindet.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche des zentralen, in Achsrichtung offenen Durchlasses ringförmig ist.

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5. Ventil nach Anspruch 1 oder 4, gekennzeichnet durch einen Querschnittsbereich Al, definiert als der diametrale Querschnitt des Durchlasses an seiner Außenfläche, die gleitend abgedichtet an einer Wand des Gehäuses zwischen der zweiten und dritten Kammer geführt ist, durch einen weiteren Querschnittsbereich A2, definiert als der Querschnitt des zweiten Kolbens (64), einen weiteren Querschnittsbereich A3, definiert als der Querschnittsbereich des zweiten Ventilsitzes (71), sowie einen weiteren Querschnittsbereich A4, definiert als der diametrale Querschnittsbereich der äusseren Zylinderfläche (102) des zweiten Ventilgliedes (70),

A2 — Al

wobei die Größe ■ größer ist als 1 oder eine entsprechende Steigungseinheit.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung eines Initialdruckes Pl (initial) von ein AT in der ersten und dritten Kammer Al etwa gleich 0,244 A4,

A2 etwa gleich 14,2 A4,

A3 etwa gleich 2,86 A4 ist.

7. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsbereiche Al, A2, A3 und A4 in dieser Aufeinanderfolge in Millimeter-Quadrat die Größe von 68,4, 3968, 800 und 279 haben.

8. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (73) der ersten Druckabgabekammer (51) im Primärabschnitt des Ventiles mit den Bremseinrichtungen (6) der Vorderachse des Fahrzeuges und der Auslaß (74) der Druckabgabekammer (54) des Relaisabschnittes des Ventiles mit den Bremseinrichtungen (21) auf der Hinterachse des Fahrzeuges verbunden ist.

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