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Titel: Fluiddruckbetätigbares Steuerventil
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Beschreibung Fluiddruckbetätigbares Steuerventil Die Erfindung betri£ft
fluiddruckbetätigbare Steuerventile mit einem Ventilglied, das mit einem Sitz in
Eingriff bringbar ist, um eine Einlaßöffnung von einer Auslaßöffnung zu trennen,
einem Steuerglied, das in einem Gehäuse in Abhängigkeit von einem Steuerdruck in
einer Steuerkammer bewegbar ist, dem eine erste Stirnseite des Steuergliedes ausgesetzt
ist, während eine zweite, entgegengesetzte Stirnseite des Steuergliedes einen Teil
der Abgrenzung einer Übertragungskammer im Gehäuse bildet und einen Abschnitt hat,
der mit dem Ventilglied abdichtend in Eingriff bringbar ist, wenn das Steuerglied
in Abhängigkeit von Druck in der Steuerkammer bewegt wird, um die Übertragungskammer
von einer Entlastungsöffnung zu trennen, die innerhalb des Ventilgliedes ausgebildet
ist, wobei eine Weiterbewegung des Kolbens in der gleichen Richtung das Ventilglied
vom Sitz wegdrängt, um die Einlaßöffnung durch die Übertragungskammer mit der Auslaßöffnungin
Verbindung zu setzen.
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Die Kosten für Steuerventile dieser Art können verringert werden,
wenn die Gesamtabmessungen des Gehäuses sowie die
Größe und folglich
die Fläche des Steuergliedes verringert wird. Dies hat den zusätzlichen Vorteil,
daß der Einbau erleichtert wird, da das Ventil dann in einen Raum von geringerem
Volumen eingebaut werden kann. Eine Schwierigkeit ergibt sich jedoch daraus, daß
sobald das Steuerglied mit dem Ventilglied in Eingriff gelangt ist, der relative
Unterschied zwischen den wirksamen Flächen der ersten und zweiten Stirnseite, die
dem Steuerdruck bzw. dem Druck in der Übertragungskammer ausgesetzt sind, um so
größer ist je kleiner das Steuerglied ist. Im wesentlichen die ganze Fläche der
ersten Stirnseite ist dem Steuerdruck ausgesetzt, während die wirksame Fläche der
zweiten Stirnseite, nämlich die Gesamtfläche abzüglich der Fläche, die die Entlüftungsöffnung
abdichtet, verhältnismäßig kleiner ist. Dies hat die Wirkung, daß der an der Auslaßöffnung
herrschende Druck größer ist als irgendein gegebener Steuerdruck. Damit hat das
Steuerventil ein Übersetzungsverhältnis, das als unbefriedigend betrachtet werden
kann und zunimmt, wenn die Größe des Gehäuses verringert wird. Es besteht also stets
ein Kompromiß dazwischen, das Seuerventil zum Einbau in einem begrenzten Raum so
klein wie möglich zu halten und der Notwendigkeit, das Ventilglied groß genug zu
bemessen, um eine angemessene Leistung zu gewährleisten.
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Die Folge davon ist, daß es in allen außer den kleinsten Anlagen
üblicherweise nötig ist, mindestens ein schnellentlastendes Ventil zusätzlich zum
Steuerventil vorzusehen, um zu gewährleisten, daß die zum Lösen der Bremsen benötigte
Zeit nicht übermäßig lang wird. Fahrzeuge, die mit Antiblockiersystemen ausgerüstet
sind und Fahrzeuge, wie Busse, bei denen die Bremsen häufig benutzt werden, sind
für einen leistungsfähigen Betrieb besonders abhängig von der Fähigkeit, die Bremsen
rasch zu lösen.
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Gemäß der Erfindung ist in einem Steuerventil der genannten Art die
wirksame Fläche der ersten Stirnseite des Steuergliedes nicht wesentlich größer
als die wirksame Fläche der zweiten Stirnseite.
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Zweckmäßigerweise ist das Steuerglied ein Differentialglied und der
Abschnitt des Steuergliedes, der die kleinere Fläche hat, ist in einem komplementären
Abschnitt von kleinerer Fläche einer Stufenbohrung im Gehäuse abdichtend geführt,
wobei eine Kammer zwischen den Abschnitten mit kleinerer Fläche am Steuerglied und
der Stufenbohrung an die Entlastungsöffnung angeschlossen bzw. druckentlastet ist.
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Hierdurch ist das Steuerelement im Gleichgewicht, und folglich ist
es möglich, die Gesamtgröße des Steuerventils zu verkleinern, während gleichzeitig
das Ventilglied die optimale Größe haben kann. Bei einer gegebenen Gesamtgröße des
Gehäuses kann die Leistung des Steuerventils entsprechend verbessert werden.
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Die Fläche der ersten Stirnseite kann im wesentlichen gleich der
Fläche der zweiten Stirnseite sein, so daß das über setzungsverhältnis rechnerisch
eins ist. Eine Verkleinerung der Fläche der ersten Stirnseite im Verhältnis zur
wirksamen Fläche der zweiten Stirnseite kann zu einem negativen Übersetzungsverhältnis
führen, wenn das gewünscht ist. Dies kann erwünscht sein, wenn es nötig ist, eine
Steuerung von Bremsbetätigungsvorrichtungen in einem Druckbereich zu schaffen, der
proportional kleiner ist als der, über den hinweg der Steuerdruck verändert wird.
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Wenn das Steuerglied ein Kolben ist, der einen Abschnitt von größerer
Fläche hat, welcher eine Dichtung trägt, die verschiebbar in einem größeren komplementären
Abschnitt der Bohrung
aufgenommen ist, und einen Zapfenabschnitt
von kleinerer Fläche hat, der eine Dichtung trägt, die in einem kleineren komplementären
Abschnitt der Bohrung verschiebbar aufgenommen ist, dann ist die Fläche zwischen
den beiden Dichtungen von der ersten Stirnseite gebildet, die dem Steuerdruck ausgesetzt
ist.
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Die Anordnung von zwei Dichtungen gewährleistet, daß der Kolben völlig
federnd nachgiebig schwimmt. Dies verringert die Gefahr des Fressens und jegliche
daraus folgende Tendenz des Zapfenabschnitts, im Bohrungsabschnitt mit kleinerer
Fläche zu klemmen.
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Zweckmäßigerweise ist das Steuerglied mit einem Durchlaß versehen,
der im projizierten Bereich eines Kopfes liegt, welcher den-Abschnitt des Steuergliedes
bestimmt, der mit dem Ventilglied abdichtend in Eingriff bringbar ist, und der Durchlaß
verbindet die entgegengesetzten Enden des Steuergliedes miteinander, so daß der
kleinere Abschnitt der Bohrung immer mit der Entlastungsöffnung verbunden ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung
dargestellt, die einen Längsschnitt durch ein luftdurckbetätigbares Steuerventil
für eine Fahrzeugbremsanlage zeigt.
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Das dargestellte Steuerventil weist ein Gehäuse 1 mit einer Stufenbohrung
2 auf. Die Stufenbohrung 2 hat einen Abschnitt 3 von beträchtlichem Durchmesser
und einen Abschnitt 4 von verhältnismäßig kleinem Durchmesser, der als Blindloch
ausgebildet ist.
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In der Stufenbohrung 2 arbeitet ein als Stufenkolben ausgebildeter
Steuerkolben 5. Der Steuerkolben-5 hat einenAbschnitt 6 von größerem Durchmesser,
der eine im Abschnitt 3 der Bohrung verschiebbar geführte Dichtung 7 trägt, sowie
einen
zapfenartigen Abschnitt 8, der eine im Abschnitt 4 der Stufenbohrung verschiebbar
geführte Dichtung 9 trägt.
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Vom äußeren Ende des Abschnitts 6 des Steuerkolbens hängt ein ringförmiger
Kopf 10 herab; eine axiale Öffnung 11, die innerhalb der projizierten Fläche des
Kopfes 10 liegt, verbindet die entgegengesetzten Enden des Steuerkolbens 5 miteinander.
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Das Gehäuse 1 enthält eine Steueröffnung 12 für Steuerdruck, die
über einen axialen Durchlaß 13 an eine Stirnseite der Stufenbohrung 2 an deren Durchmesserstufe
mündet.
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Die beiden Dichtungen 7 und 9 begrenzen zwischen sich eine erste Stirn
seite 14 des Steuerkolbens 5, deren Flächeninhalt dem Flächenunterschied zwischen
den beiden Abschnitten 5 und 8 entspricht. Die erste Stirnseite 14, die hierdurch
dem Steuerdruck ausgesetzt ist, hat einen kleineren Flächeninhalt als eine am entgegengesetzten
Ende des Steuerkolbens 5, von dem der Kopf 10 herabhängt, vorgesehene zweite Stirnseite
15.
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Das Gehäuse 1 umgrenzt eine Übertragungskammer 16 zwischen der zweiten
Stirnseite 15 und einer Trennwand 17, die in der Mitte eine öffnung 18 hat, deren
Durchmesser größer ist als der des Kopfes 10. Ein Ventilelement mit einem hohlen
Kolben 19 arbeitet in einer öffnung 20, die an dem vom Steuerkolben 5 entfernten
Ende des Gehäuses 1 angeordnet ist und zu einer Entlastungsöffnung 21 führt.
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Das innere Ende des Kolbens 19 trägt eine Dichtung 22, die normalerweise
von einer Feder 23 in Eingriff mit einem Sitz 24 gedrängt wird, der von einer benachbarten
Fläche eines die Offnung 18 umgebenden Abschnitts der Trennwand 17 gebildet ist.
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Bei dieser Stellung ist eine Einlaßöffnung 25 zum Anschluß an eine
Luftdruckquelle, geeigneterweise einen Druckspeicher, von der Übertragungskammer
16 getrennt, und der Kopf 10 hat
einen Abstand von der Dichtung
22. Dies gewährleistet, däß eine Auslaßöffnung 26 zum Anschluß an Bremsbetätigungsvorrichtungen
durch die Übertragungskammer 16 und die öffnung im Kolben 19 zur Entlastungsöffnung
21 entlüftet wird.
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Wenn der Steuerdruck auf die erste Stirnseite 14 aufgebracht wird,
wird der Steuerkolben 5 in der Stufenbohrung 22 vorwärtsbewegt, um den Kopf 10 mit
der Dichtung 22 in Eingriff zu drängen. Hierdurch wird die Auslaß-Übertragungskammer
16 von der Entlastungsöffnung 21 getrennt, aber das geschlossene innere Ende des
Abschnitts 4 der Stufenbohrung wird weiterhin durch die öffnung 11 an die Umgebung
entlüftet. Eine weitere Bewegung des Steuerkolbens 5 in der gleichen Richtung drängt
die Dichtung 22 vom Sitz 24 weg, um die Einlaßöffnung 25 durch die Übertragungskammer
16 mit der Auslaßöffnung 26 in Verbindung zu setzen. Eine wirksame Fläche der zweiten
Stirnseite 15, die der Gesamtfläche dieser Stirnseite abzüglich der Fläche des Kopfes
10 entspricht, ist dem Druck in der Übertragungskammer 16 ausgesetzt, nämlich dem
Druck an der Einlaßöffnung 25, und dieser ist der Kraft des Steuerdrucks entgegengesetzt,
der auf die Fläche der ersten Stirnseite 14 wirkt.
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Wenn gewährleistet wird, daß die Fläche der ersten Stirnseite 14
im wesentlichen gleich groß ist wie die genannte wirksame Fläche, kann ein Übersetzungsverhältnis
eins zu eins erzielt werden. Ähnlich kann durch Vergrößerung der Größe des zapfenartigen
Abschnitts 8, so daß die Fläche der ersten Stirnseite größer ist als die genannte
wirksame Fläche, ein negatives Übersetzungsverhältnis erreicht werden.