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Entlüftungsvorrichtung für einen kombinierten Betriebsbrems-
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und Federspeicherbremszylinder Die Erfindung betrifft eine Entlüftungsvorrichtung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Bekannt sind Entlüftungseinrichtungen (DE-OS 1 505 574), bei welchen
an der Außenwand des Federspeicherbremszylinders innerhalb eines zusätzlichen Gehäuses
ein Membranventilmechanismus vorgesehen ist, um eine Verbindung zwischen der Federkammer
des Federspeicherbremszylinders und seiner Druckkammer vornehmen zu können, wenn
der Kolben des Federspeicherbremszylinders zum Zwecke des Bremsens bei Entlüftung
der Druckkammer durch die Speicherfeder verschoben wird. Das dabei in der Federkammer
sich vergrößernde Volumen läßt einen Unterdruck entstehen, welcher durch den vorgenannten
Membran-Ventilmechanismus abgebaut wird, d.h. dieser belüftet während der Verschiebung
des Kolbens des Federspeicherbremszylinders die Federkammer und führt dadurch den
erwünschten Druckausgleich herbei. Wird die Bremse durch Belüften der Druckkammer
des Federspeicherbremszylinders wieder gelöst, dann sperrt der Membran-Ventilmechanismus
die vorgenannte Verbindung, wobei die in der Federkammer bei Verschiebung des Kolbens
komprimierte Luft über ein Ventil an der Außenseite der Federkammer abgeblasen werden
kann.
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Entlüftungsvorrichtungen der vorgenannten Art sind baulich sehr aufwendig,
da sie innerhalb eines Gehäuses am Außenumfang des Federspeicherbremszylinders vorgesehen
sind. Bei neueren Konstruktionen von aus Betriebsbremszylinder und Federspeicherbremszylinder
bestehenden Kombizylindern ist es erforderlich, die baulichen Außenmaße
möglichst
klein zu halten. Gleichzeitig soll vermieden werden, daß Ventileinrichtungen des
Kombizylinders durch äußere Einwirkungen, so durch Steinschlag etc. beschädigt oder
zerstört werden können.
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Wenn zum Abblasen der in der Federkammer befindlichen, während des
Lösens der Bremse einer Verdichtung unterliegenden Luft an der Außenseite der Federkammer
befindliche Ventileinrichtungen, so Schnorchel etc. benutzt werden, dann besteht
hierbei die Gefahr, daß insbesondere Wasser und kleinere Schmutzteilchen in das
Innere der Federkammer eindringen können.
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Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Entlüftungsvorrichtung
der in Rede stehenden Art so auszubilden, daß diese ohne besonderen baulichen Aufwand
eingebaut werden kann; insbesonderesoll auf zusätzliche Gehäuse zur Aufnahme derartiger
Entlüftungsvorrichtungen und auf an der Außenseite der Federkammer angeordnete,
zur Druckentlastung dienende Ventileinrichtungen verzichtet werden.
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Es soll auch möglich sein, sogenannte Kombizylinder mit derartigen
Entlüftungsvorrichtungen nachzurüsten, ohne das hierzu besondere Arbeiten am Gehäuse
des Federspeicherbremszylinders erforderlich sind.
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Diese Aufgabe wird durch die erfinderischen Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst.
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Die Entlüftungsvorrichtung ist von baulich einfacher Konstruktion,
da sie ohne großen Aufwand und bei Verwendung billiger Materialien im Kolben des
Federspeicherbremszylinders eingeordnet werden kann.
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Der Ventilstößel der Entlüftungseinrichtung bedarf in gleicher Weise
wie die ihn aufnehmende Bohrung keiner besonderen und somit teueren Feinbearbeitung,
da eine gewisse Undichtigkeit zwischen dem Ventilstößel und der Bohrung in vorteilhafter
Weise verwendet wird, um die zum Druckausgleich erforderlichen Ventilbewegungen
hervorzurufen.
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Die Entluftungsvorrichtung-al-beitet auf kürzesten Wegs d.h. nahezu
ohne Verzögerung, da die bei der Entlüftung der Druckkammer des Federspeicherbremszylinders
erwünschte Verbindung im Kolben des Federspeicherbremszylinders besteht und keine
Leitungsumwege über zusätzliche, an der Außenseite des Federspeicherbremszylinders
vorgesehene
Gehäuse erforderlich sind. Ein weiterer beträchtlicher
Vorteil besteht darin, daß zusätzlich zum Entlüftungsventil im Druckstück der Kolbenstange
ein Rückschlagventil vorgesehen ist, welches die innere Druckentlastung des Volumens
der Federkammer über den Betriebsbremsteil des Kombizylinders sicherstellt, wenn
der Kolben des Federspeicherbremszylinders zum Zwecke des Lösens der Bremse gegen
die Spannung der Speicherfeder zurückgefahren wird. Dies bedeutet, daß die Federkammer
keines Rückschlagventils bedarf, über welches Wasser und Schmutzteilchen in das
Innere der Federkammer gelangen könnten.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren
Patentansprüchen aufgeführt.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Die Zeichnung gibt in schematischer
Schnittansicht einen kombinierten Betriebsbrems- und Federspeicherbremszylinder
unter Verwendung der inneren Be- und Entlüftungsvorrichtung nach der Erfindung wieder.
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In der Zeichnung ist ein kombinierter Betriebsbrems- und Federspeicherbremszylinder,
nachfolgend Kombi zylinder 1 genannt, dargestellt. Der Kombi zylinder besteht aus
dem Betriebsbremszylinder 3 und dem Federspeicherbremszylinder 5, welche durch eine
Zwischenwand 7 voneinander getrennt sind. Innerhalb des Federspeicherbremszylinders
ist ein Kolben 9 verschiebbar angeordnet, wobei an einer Seite des Kolbens 9 eine
Speicherfeder 11 anliegt. Die Speicherfeder 11 stützt sich an ihrer entgegengesetzten
Seite am Boden 13 des Federspeicherbremszylinders 5 ab.
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In die gemäß der Zeichnung links bezüglich des Kolbens 9 bestehende
Kammer mündet ein Einlaß 17, über welchen ein Druckmittel eingeleitet wird, so Druckluft,.um
den Kolben 9 unter Verspannung der Speicherfeder 11 nach rechts gerichtet zu verschieben.
Bei dieser Verschiebung des Kolbens 9 wird die Luft in nachfolgend beschriebener
Weise erfindungsgemäß aus der Federkammer 19 herausgedrückt. Wird
dagegen
zum Zwecke der Abbremsung der Druck in der links bezüglich des Kolbens 9 bestehenden
Druckkammer 21 des Federspeicherbremszylinders unter Verwendung eines an sich bekannten,
an den Einlaß 17 angeschlossenen Ventils entlastet, dann vermag die Speicherfeder
11 den Kolben 9 gemäß Darstellung in der Zeichnung nach links gerichtet zu verschieben.
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Der Kolben 9 ist mit einer Kolbenstange 23 verbunden, welche sich
durch die Zwischenwand 7 in den Bereich der Druckkammer 25 des Betriebsbremszylinders
3 erstreckt. Eine in der Zwischenwand 7 eingesetzte Dichtung 27 dichtet gegenüber
der Außenwand der Kolbenstange während deren Längsbewegungen ab. Die Kolbenstange
trägt an ihrem vorderen, in den Bereich der Druckkammer 25 sich erstreckenden Ende
ein Druckstück 29. In die Druckkammer 25 mündet ein Einlaß 31, über welchen zum
Betätigen der Betriebsbremse Druckmittel, so Druckluft eingelassen wird. Diese Druckluft
wirkt auf die innerhalb des Betriebsbremszylinders 3 eingesetzte Membrane 33 ein,
an deren entgegengesetzter Seite ein Druckstück in Form eines Kolbenstangenkopfes
35 vorgesehen ist. Der Kolbenstangenkopf steht mit einer Kolbenstange 37 in Verbindung,
die sich aus der links bezüglich der Membrane 33 bestehenden Kammer 39 des Betriebsbremszylinders
3 erstreckt und (in nicht dargestellter Weise) mit einem Bresbetätigungsmechanismus
außerhalb des Kombi zylinders 1 in Verbindung steht. Hierbei kann es sich beispielsweise
um die Betätigungsteile einer Keilspreizbremse oder einer S-Nockenbreinse eines
Kraftfahrzeuges handeln. Wird die Betriebsbremse durch Einleiten von Druckluft in
den Einlaß 31 betätigt, dann verschiebt die Druckluft die Membrane 33, den Kolbenstangenkopf
35 und die Kolbenstange 37 gemäß Darstellung nach links gerichtet, so daß die an
die Kolbenstange angeschlossenen Bremsbetätigungsteile in Wirkung kommen und die
Bremse anlegen. Während dieser normalen Betriebsbremsung verbleibt die Federspeicherbremse
in ihrer inaktiven Position, in welcher die Speicherfeder 11 durch Halten des Drucks
in der Druckkammer 21 zusammengedrückt ist. Die Federspeicherbremse kann in vorstehend
beschriebener Weise durch Ausfahrer der Kolbenstange 23 verwendet werden, wenn die
Betriebsbremse
ausfällt, wenn also die Druckmittelverbindung in
den Einlaß 31 unterbrochen ist, oder wenn sie als sogenannte Feststellbremse benutzt
werden soll. In diesem Fall wirkt sie als Parkbremse bei einem abgestellten Fahrzeug.
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Die nachfolgend im einzelnen erläuterte Vorrichtung zum Be- und Entlüften
ist unter Bezugnahme auf einen Kombi zylinder der vo,,enannten Konstruktion beschrieben.
Derartige Kombizylinder sind sowohl für Schienen- als auch für Straßenfahrzeuge
vorgesehen; als Betätigungszylinder können sie natürlich auch für andere Zwecke
benützt werden.
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In den Kolben 9 ist ein Entlüftungsventil 41 eingesetzt, welches verwendet
wird, um innerhalb der Federkammer 19 einen Druckausgleich herbeizuführen, wenn
der Druck zum Zwecke der vorstehend beschriebenen Bremsbetätigung innerhalb der
Druckkammer 21 abgebaut wird. Bewegt sich der Kolben 9 während dieses Druckabbaus
gemäß Darstellung in der Zeichnung von rechts nach links gerichtet, so vergrößert
sich das Volumen in der Federkammer 19 entsprechend. Das Entlüftungsventil 41 ist
vorgesehen, um während dieser Bewegung des Kolbens 9 eine Verbindung zwischen der
Druckkammer 21 und der Federkammer 19 herbei zuführen, derart, daß innerhalb der
im Volumen sich vergrößernden Federkammer 19 ein Druckausgleich hergeführt werden
kann. Dabei ist davon auszugehen, daß die Federkammer 19 an ihrer Außenseite vollständig
abgedichtet ist, so mit Hilfe von Dichtungsringen 42 und 44.
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auf Das Entlüftungsventil 41 weist einen Entlüftungsstößel 43 welcher
aus Metall, aus Hartgummi bzw. einem geeigneten Elastomer bestehen kann. Der Entlüftungsstößel
43 ist ohne Abdichtung innerhalb einer Bohrung 45 geführt, die sich in dargestellter
Weise im Kolben 9 befindet. Der Entlüftungsstößel ist wenigstens teilweise hohlzylindrisch
ausgebildet und dient zur Aufnahme einer Feder 47, welche in nachfolgend beschriebener
Weise den Entlüftungsstößel in Richtung der Druckkammer 21 zu verschieben vermag.
Am rechten Ende ist der Ventilstößel mit einem Ventilsitz 49 versehen, welcher an
eine als Verengung der Bohrung 45 ausgebildeteSchulter 51 angedrückt werden kann.
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in dieser Position sperrt der Entlüftungsstößel 43 die Verbindung
zwischen der Federkammer 19 und der Druckkammer 21. Am linken Ende der Bohrung 45
ist ein Sicherungsring 53 von an sich bekannter Konstruktion eingesetzt. Dieser
Sicherungsring verhindert, daß sich der Entlüftungsstößel 43 über ein bestimmtes
Maß hinaus nach links gerichtet verschieben läßt.
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Wie vorstehend erläutert wurde, weist die Federkammer 19 an ihrer
Außenseite kein Entlastungsventil oder dergleichen Rückschlagelement auf, d.h.,
daß die Federkammer 19 absolut sicher gegenüber äußeren Einwirkungen, d. h. gegenüber
Wasser und Verschmutzung abgesichert ist. Zusätzlich zum Entlüftungsventil 41, mit
welchem ein innerer Druckausgleich zwischen der Druckkammer 21 und der Federkammer
19 herbeigeführt werden kann, ist eine weitere, zur inneren Entlüftung dienende
Ventileinrichtung ini Bereich des Druckstückes 29 vorgesehen.
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Das Druckstück ist in dargestellter Weise gegenüber dem vorderen Ende
der Kolbenstange 23 mit Hilfe eines Rückschlagventils 55 abgedichtet. Das Rückschlagventil
55 besitzt im dargestellten Ausführungsbeispiel die Form eines an sich bekannten
Nutrings. Wird dieser Nutring mit Druck aus der Federkammer 19 und demnach aus der
hohlen Kolbenstange 23 beaufschlagt, dann vermag er zu öffnen, wodurch eine Druckentlastung
in Richtung der Druckkammer 25 des Betriebsbremszylinders 3 erfolgt. In umgekehrter
Richtung sperrt der Nutring, d.h.
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wird die Druckkammer 25 des Betriebsbremszylinders zum Zwecke einer
normalen Betriebsbremsung mit Druck beaufschlagt, dann ist die Verbindung zwischen
der Druckkammer 25 und dem hohlen Inneren der Kolbenstange 23 absolut sicher gesperrt.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung zur inneren Ent-und
Belüftung ist wie folgt: Wird der Druck innerhalb der Druckkammer 21 zum Zwecke
der Bremsbetätigung des Federspeicherbremszylinders abgebaut, also reduziert, dann
bewegt sich der Kolben 9 ab einem vorbestimmten Druck nach links gerichtet. Während
diese Bewegung vergrößert sich das Volumen inner-
halb der Federkammer
19, so daß der zunächst als Atmosphärendruck bestehende Druck in der Federkammer
absinkt. Der sich verringernde Druck in der Druckkammer 21 und der bei Volumenvergrößerung
in der Federkammer in dieser vorherrschende Unterdruck vermögen zunächst, in gleicher
Richtung wirkend, den Entlüftungsstößel 43 in dichtender Anlage an der flächigen
Schulter 51 zu halten, wodurch die Verbindung zwischen der Federkammer 19 und der
Druckkammer 21 unterbunden ist.
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Wird der Druck in der nruckkammer 21 weiter abgebaut, dann beginnt
die Kraft der Feder 47.-überwiegen, d.h. die Feder47 drückt den Entlüftungsstößel
43 gegen die Wirkung des Unterdrucks in der Federkammer 19 und gegen die Wirkung
des Restdrucks in der Druckkammer 21 gemäß Darstellung nach links gerichtet, derart,
daß sich der Ventilsitz 49 von der Schulter 51 löst. Die in der Druckkammer 21 bestehende
Druckluft gelangt über die Verbindung zwischen dem Außenumfang des Entlüftungsstößels
und der Bohrung 45 und über das geöffnete, aus Ventilsitz und Schulter bestehende
Ventil in das rechts befindliche Ende der Bohrung 45. Die Bohrung 45 besitzt an
ihrem rechten Ende freie Verbindung mit der Federkammer 19, so daß der erwünschte
Druckausgleich in vorbeschriebener Weise herbeigeführt wird. Das öffnen des Entlüftungsstößels
43 kann durch entsprechende Dimensionierung der Flächenverhältnisse und durch geeignete
Wahl der Feder 47 genau bestimmt werden. So ist es vorteilhaft, den Innendurchmesser
des Ventilsitzes 49 klein zu halten, so daß der Unterdruck innerhalb der Federkammer
19 nur auf einer verhältnismäßig kleinen Fläche des Entlüftungsstößels zur Wirkung
gelangt. Es ist durch geeignete Wahl der konstruktiven Parameter des Entlüftungsventils
41 möglich, dieses erst dann öffnen zu lassen, wenn der Kolben 9 bei entsprechender
Entlüftung der Kammer 21 bereits seine Endlage, d.h. Bremslage erreicht hat.
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Wird ausgehend von dem in Bremsstellung befindlichen Kolben 9 Druckluft
in die Druckkammer 21 eingeleitet, um die Speicherfeder 11 zum Zwecke des Lösens
der Federspeicherbremse zu spannen und um demgemäß den Kolben 9 nach rechts gerichtet
zu verschieben, dann wirkt dieser steigende Druck auch auf der zugewandten Seite
des Entlüftungsstößels 43 ein. Da zwischen dem Außenumfang des Entlüftungsstößels
und der
Wandung der Bohrung 45 ein wenn auch nur kleiner Abstand
besteht, strömt die Druckluft entlang des Entlüftungsstößels und gelangt zunächst
kurzfristig über den geöffneten Ventilsitz in die Federkammer 19. Die eine bestimmte
Geschwindigkeit besitzende strömende Luft beginnt im strömungsdynamischen Sinne
zu wirken und nimmt hierbei den Entlüftungsstößel 43 mit, d.h., daß der Entlüftungsstößel
bei beginnender Belüftung der Druckkammer 21 durch die im Außenumfang strömende
Luft mitgenommen und schließlich gegen die Schulter 51 angedrückt wird. Nunmehr
ist die Verbindung zwischen der Federkammer 19 und der Druckkammer 21 geschlossen
und der sich aufbauende Druck in der Druckkammer 21 wirkt gegenüber der zugewandten
Fläche des Entlüftungsstößels, derart, daß dieser in verstärktem Maße mit seinem
Ventilsitz an die Schulter 51 angedrückt wird. Das vorgenannte Schließen des Entlüftungsstößels
kann bereits bei einem sehr geringen Druck eingeleitet werden, so zum Beispiel bei
0,4 bar überdruck.
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In jedem Fall ist bei ausreichender Druckerhöhung sichergestellt,
daß die Verbindung zwischen Federkammer und Druckkammer unterbunden ist. Bei der
aus der (nicht dargestellten) Bremsstellung in die dargestellte Position nach der
Zeichnung sich vollziehenden Bewegung des Kolbens 9 wird die in der abgedichteten
Federkammer 19 bestehende, einer zunehmenden Verdichtung unterliegende Luft in die
mit der Federkammer in Verbindung stehende hohle Kolbenstange 23 und über das Rückschlagventil
55 am Druckstück 29 herausgedrückt, d.h. in die Druckkammer 25 des Betriebsbremszylinders
3 abgeblasen. In dieser Position ist das an die Druckkammer 25 angeschlossene Ventil
in Entlüftungsposition, d.h., daß die Luft aus der Druckkammer 25 über den Einlaß
31 und das nicht dargestellte Betriebsbremsventil abgeblasen wird. Wird dagegen
die Druckkammer 25 zum Zwecke erneuter Abbremsung mit Druck beaufschlagt, um die
Kolbenstange 37 auszufahren, dann sperrt das Rückschlagventil 55 sofort, so daß
eine zusätzliche, addierende Beaufschlagung des Kolbens 9 ausgeschaltet ist.
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Es wurde erläutert, daß die Federkammer 19 mit Hilfe der Dichtungsringe
42 und 44 absolut sicher abgedichtet ist, um das Eindringen
von
Wasser und Schmutzteilchen zu verhindern, wobei die Entlüftung des Volumens der
Federkammer über das genannte Ruckschlagventil 55 vorgenommen wird. Für bestimmte
Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, eine zusätzliche Sicherheit vorzusehen,
d.h., daß die Dichtungsringe Sie44 oder entsprechende Dichtungselemente so ausgelegt
werden, daß n m Falle eines äußerst hohen, also unnormal hohlen Druckes öffnen,
um eine Entlüftung dann sicherzustellen, wenn gleichzeitig die Druckkammer 25 durch
das Betriebsbremsventil mit Druck beaufschlagt sein und demnach das Rückschlagventil
55 geschlossen sein sollte.
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Das Rückschlagventil 55 wurde im dargestellten Ausführungsbeispiel
als Nutring dargestellt.
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Natürlich können auch andere, in einer Richtung öffnende Rückschlagelemente
beliebiger Konstruktion verwendet werden.