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Relaisventil
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Die Erfindung betrifft ein Relaisventil zur Regelung eines Ausgangsdruckes
in Abhängigkeit von einem Steuerdruck gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Relaisventile werden z.B. zum Be- und EntlUften von Druckluftzylindern
und -kupplungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um u.a. die Ansprech- und Schwellzeiten
zu verkürzen.
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Ein bekanntes Relaisventil (Wabco-Druckschrift "Beschreibung der Druckluftgeräte
in Fahrzeugen", Ausgabe April 1978, Seite 83 Relaisventil 973 001) weist einen Druckmitteleingang,.einen
Druckmitteausgang,
einen Steuereingang und eine Entlüftung auf.
Ein Relaiskolben trennt eine mit dem Steuereingang verbundene erste Steuerkammer
von einer mit dem Druckmittelausgang verbundenen zweiten Steuerkammer. In einer
Einlaßkammer, welche Uber den Druckmitteleingang mit einer Druckmittelquelle verbindbar
ist, ist ein Mehrwegeventil angeordnet, Uber welches sowohl die zweite Steuerkammer
mit Druckmittel versorgt werden kann, als auch die zweite Steuerkammer mit der Atmosphäre
verbindbar ist.
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Das Mehrwegeventil steht mit dem Relaiskolben in Wirkverbindung. Der
Relaiskolben wird einerseits Vom Steuerdruck in der ersten Steuerkammer und andererseits
vom Ausgangsdruck in der zweiten Steueriammer beaufschlagt.
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Ubersteigt die Kraft des Steuerdruckes in der ersten Steuerkammer
die Kraft des ausgesteuerten Druckes in der zweiten Steuerkammer, so öffnet das
Mehrwegeventil die Verbindung von der Einlaßkammer zur zweiten Steuerkammer und
der gegebenenfalls angeschlossene Verbraucher wird belüftet.
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Herrscht Gleichgewicht zwischen den auf den Relaiskolben ausgeübten
Kräften aus dem Druck in der ersten Steuerkammer und dem Druck in der zweiten Steuerkammer,
so schließt das Mehrwegeventil und der Druck im Verbraucher ~ wird gehalten. Sinkt
der Druck in der ersten Steuerkammer ab, so wird die zweite Steuerkammer und somit
auch der Verbraucher entlüftet.
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Derartige Relaisventile bieten die MUglichkeit, einen Druck auszusteuern,
der deto Vorlauf des Steuerdruckes folgt. Bei entsprechend unterschiedlich großer
Ausbildung der beiden druckbeaufschlagten Wirkflächen; des Relaiskolbens
ist
es auch möglich, einen Druck auszusteuern, der höher oder geringer ist als der Steuerdruck.
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Derartige Relaisventile weisen in der Regel eine geradlinige Kennlinie
auf. Ohne besondere zusätzliche Maßnahmen ist aber ein solches Relaisventil nicht
verwendbar, wenn aufgrund des Anwendungszweckes, wie z.B. Druckvoreilung oder Drucknacheilung,
eine geknickte Kennlinie derart verlangt wird, daß bei geringen Steuerdrücken der
Ausgangsdruck auf einen vorbestimmten konstanten oder nahezu konstanten Wert gehalten
wird und daß nach dem Uberschreiten eines vorbestimmten Druckwertes durch den Steuerdruck
der Ausgangsdruck - wie bei Ublichen Relaisventilen - einer geraden Kennlinie mit.
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vorbestimmter Steigung folgt.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Relaisventil
der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die Möglichkeit bietet, in einem
vorbestimmten einstellbaren Anfangsbereich des Steuerdruckes ein vorbestimmtes konstantes
Druckniveau zu halten.
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Die Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung
gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den UnteransprUchen aufgezeigt.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, durch Teilung des Relaiskolbens
und die Anordnung eines Federelementes zwischen den beiden Relaiskolbenteilen, den
Druck in einem Verbraucher für einen bestimmten einstellbaren Bereich des Steuerdruckes
-auf einem Niveau zu halten, welches unterhalb des vom Vorratsdruck vorgegebenen
Maximaldruckwertes liegt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Höhe
des Druckwertes fUr die Druckhaltephase veränderbar.
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Anhand eines in der Abbildung dargestellten Ausführungsbeispiels wird
die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Relaisventil mit einem Steuereingang und einem
mit einem Druckmittel-Vorratsbehälter verbundenen Eingang fUr die zu regelnde Druckluft
sowie einen Ausgang, der zu einem Verbraucher führt, Fig. 2 ein Diagramm, welches
den ausgesteuerten Druck in Abhängigkeit vom Steuerdruck darstellt und Fig. 3 ein
Diagramm, welches den ausgesteuerten Druck in Abhängigkeit vom Steuerdruck darstellt,
wobei die Druckaussteuerung in drei Stufen erfolgt Das in Fig. 1 dargestellte Relaisventil
weist einen in einem Ventilgehäuse 1 angeordneten Steuereingang 2 auf, der mit einer
ersten Steuerkammer 3 verbunden ist. Die Steuerkammer 3 wird von einem ersten Relaiskolbenteil
4 eines als Hohlkolben ausgebildeten Relaiskolbens begrenzt, welcher von einer ringförmigen
Membran 5 umschlossen wird. Die ringförmige Membran 5 ist mit zwei sie begrenzenden
Dichtlippen 12 versehen, von denen eine sich im aufgezogenen Zustand am Relaiskolbenteil
4 und die andere in einer entsprechenden Ausnehmung im Ventilgehäuse 1 dichtend
abstützt. Durch eine im Ventilgehäuse 1 angeordnete Gewindebohrung ist ein Gewindebolzen
6 geführt, der in das Relaiskolbenteil 4 hineinragt
und an seinem
in das Relaiskolbenteil 4 hineinragenden Ende einen Federteller 7 trägt, während
sein anderes Ende mit einem zur Einstellung nötigen Schlitz 13 versehen ist. Eine
erste Druckfeder 8 stützt sich einerseits auf dem Federteller 7 ab und wird andererseits
von einem weiteren Federteller 9 und einem in die Innenwand des Relaiskolbenteils
4 eingesetzten Sprengring 10 im Relaiskolbenteil 4 gehalten. Auf das aus dem Ventilgehäuse
1 herausragende Ende des Gewindebolzens 6 ist eine selbstdichtende Kontermutter
11 aufgeschraubt, mittels welcher die über den Gewindebolzen 6 eingestellte Vorspannung
der Druckfeder 8 gesichert wird.
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In einer unterhalb des ersten Relaiskolbenteils 4 im Ventilgehäuse
1 angeordneten Gehäusebohrung ist ein zweites Relaiskolbenteil 14 gegen die Kraft
einer zweiten Druckfeder 15 verschiebbar angeordnet. Die Druckfeder 15 stützt sich
einerseits auf dem Boden des zweiten Relaiskolbenteils 14 und andererseits am Boden
des ersten Relaiskolbenteils 4 ab. Ein in die Wandung des zweiten Relaiskolbenteils
14 eingelegter Dichtring 16 dichtet eine als zweite Steuerkammer 17 dienende, vom
zweiten Relaiskolbenteil 14 begrenzte Gehäusebohrung gegen den Raum zwischen dem
ersten Relaiskolbenteil 4 und dem zweiten Relaiskolbenteil 14 ab. Das zweite Relaiskolbenteil
14 weist an seiner die zweite Steuerkammer 17 begrenzenden Seite einen als Auslaßventilsitz
18 dienenden Fortsatz auf, der durch einen als Einlaßventilsitz 19 dienenden Gehäusesteg
in eine Druckmitteleinlaßkammer 20 hineinragt. Die Druckmitteleinlaßkammer 20 ist
einerseits über einen Anschluß 21 mit einem nicht dargestellten Druckmittel-Vorratsbehälter
und andererseits über einen Anschluß 22 mit einem ebenfalls nicht gezeigten Verbraucher
verbunden. Ein in der Druckmitteleinlaßkammer 20 angeordneter ringförmiger Körper
23 weist eine in Längsrichtung verlaufende Bohrung auf, die-als Führung
für
einen Doppelsitzventil-Verschlußkörper 24 dient.
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Der Doppelsitzventil-Verschlußkörper 24 -ist mit einer Längsbohrung
25 versehen, über welche die zweite Steuerkammer 17 mit einer im Ventilgehäuse 1
vorgesehenen Entlüftung 26 verbindbar ist. Eine Druckfeder 27 stUtzt sich am ringförmigen
Körper 23 ab und drückt den Doppelsitzventil-Verschlußkörper 24 gegen den Auslaßventilsitz
18.
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Um ein sich bildendes Luftpolster zu vermeiden, ist es zweckmäßig,
den Raum unter der Membran 5 zwischen den Relaiskolbenteilen 14,4 über eine Bohrung
28 mit der Atmosphäre zu verbinden.
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Die Funktion dieses Relaisventils wird unter Zuhilfenahme der Figuren
2 und 3 im folgenden näher erläutert.
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Über den Steueranschluß 2 strömt Druckluft von einer ersten Druckluftquelle
in die erste Steuerkammer 3 des Relaisventils. Da die Kraft der Druckfeder 15 das
Einlaßventil 19,24 Uber das Relaiskolbenteil 14 sowie den Doppelsitzventil-Verschlußkörper
24 gegen die Druckfeder 27 geöffnet hält, gelangt gleichzeitig von-einem Druckmittel-Vorratsbehälter
Druckluft über den Anschluß 2a, die Druckmitteleinlaßkammer 20, das geöffnete Einlaßventil
- Einlaßventilsitz 19, Doppelsitzventil-Verschlußkörper 24 - sowie die zweite Steuerkammer
17 und den Anschluß 22 zum Verbraucher. Das Auslaßventil -Auslaßventilsitz 18, Doppelsitzventil-Verschlußkörper
24; Bohrung 25 - wird in dieser Phase vom zweiten Relaiskolbenteil 14 mittels der
Kraft der zweiten Druckfeder 15 geschlossen gehalten Ist der sich in der zweiten
Steuerkammer 17 aufbauende Druck soweit angestiegen, daß er das Relaiskolbenteil
14 gegen die Druckfeder 15 verschiebt, so folgt der Doppelsitzventil-Verschlußkörper
24 durch die Kraft der Feder 27 und dichtet gegen den Einlaßventilsitz 19 die Druckmittel-
einlaßkammer
20 gegen die zweite Steuerkammer 17 ab.
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Der Druck im Verbraucher wird in dieser Phase gehalten (siehe Fig.
2 Druck P 2).
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Der sich in der ersten Steuerkammer 3 aufbauende Druck schiebt das
erste Relaiskolbenteil 4 gegen die Kraft der Druckfedern 8 und 15 in Richtung auf
das zweite Relaiskolbenteil 14 zu. Das erste Relaiskolbenteil 4 legt sich auf das
zweite Relaiskolbenteil 14 auf und verschiebt dieses in Richtung auf die Druckmitteleinlaßkammer
20 zu. Das zweite Relaiskolbenteil 14 hebt dabei den Doppelsitzventi-Verschlußkörper
24 vom Einlaßventilsitz 19 ab.
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Von der Druckmitteleinlaßkammer 20 gelangt jetzt wieder Druckluft
in die zweite Steuerkammer 17 und weiter zum Verbraucher (siehe Fig. 2 Druck P 21).
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In die zweite Steuerkammer 17 und somit auch in den Verbraucher wird
solange Druckluft eingesteuert, bis der Druck in der zweiten Steuerkammer 17 soweit
angestiegen ist, bis ein Kräftegleichgewicht zwischen den beiden auf die Relaiskolbenteile
4 und 14 entgegengerichtet einwirkenden Kräften erreicht ist. Das Einlaßventil 1
G, 24 see.lieRt und der C-ack im Vertraucher aFrb gehalten.
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Sinkt der Druck in der ersten Steuerkammer 3 ab, so wird das erste
Relaiskolbenteil 4 von der ersten Druckfeder 8 in Richtung auf seine Ausgangsstellung
zu verschoben.
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Die Spannung der das zweite Relaiskolbenteil 14 belastenden zweiten
Druckfeder 15 verringert sich. Sinkt der Druck in der ersten Steuerkammer 3 auf
einen Wert ab, der unterhalb des Druckwertes des Druckes im Verbraucher liegt, so
wird das zweite Relaiskolbenteil 14 vom Druck in der zweiten Steuerkammer 17 in
Richtung;auf das erste
Relaiskolbenteil 4 zu verschoben. Der Auslaßventilsitz
18 hebt vom Doppelsitzventil-Verschlußkörper 24 ab, so daß das Auslaßventil 18,
24, 25 geöffnet und der Verbraucher über die Entlüftung 26 mit der Atmosphäre verbunden
wird.
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Ist der Druck im Verbraucher und somit auch in der zweiten Steuerkammer
17 auf einen Wert abgebaut, der der Kraft der zweiten Druckfeder 15 entspricht,
so legt sich der Auslaßventilsitz 18 wieder auf den Doppelsitzventil-Verschlußkörper
24 auf und das Auslaßventil 18,24,25 ist geschlossen. Di.e Druckmittelzufuhr zum
Verbraucher bleibt unterbrochen, da auch das Einlaßventil 24,19 geschlossen ist.
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Erst bei einer Veränderung des Druckes im Verbraucher.
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oder in der ersten Steuerkammer 3 wird das Doppelsitzventil 18, 19,
24, -25 betätigt und dadurch der Druck im Verbraucher verändert.
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Bei Ausfall des Steuerdruckes in der ersten Steuerkammer 3 wird in
die zweite Steuerkammer 17 und somit auch in den Verbraucher ein Druck eingesteuert
und gehalten, dessen Höhe abhängig ist von der Dimensionierung der zweiten, zwischen
den beiden Relaiskolbenteilen 4, 14 angeordneten zweiten Druckfeder.
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Durch die Teilung des Relaiskolbens in zwei Relaiskolbenteile 4 und
14 sowie die Anordnung einer Druckfeder zwischen den beiden Relaiskolbenteilen 4,14
ist sichergestellt, daß auch bei Ausfall des Steuerdruckes oder zu niedrigem Steuerdruck
in der ersten Steuerkammer 3 ein vorbestimmbarer Mindestdruck für den Verbraucher
zur Verfügung steht.
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Wird die das erste Relaiskolbenteil 4 aufschlagende Feder 8 schwächer
ausgelegt als die zwischen den beiden Relaiskolbenteilen 4,14 angeordnete Druckfeder
15, so
ergibt sich ein Druckverlauf, wie er in Fig. 3 dargestellt
ist. Bei Druckbeaufschlagung des ersten Relaiskolbenteils 4 mit Steuerdruck steht
dieses gegen die Kraft der Druckfeder 8.
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In dieser Phase wird der ausgesteuerte Druck P 2 gehalten. (Bis Knickpunkt
I). Steigt der Steuerdruck in der ersten Steuerkammer 3 weiter an, so wird das erste
Relaiskolbenteil 4 in Richtung auf das zweite Relaiskolbenteil 14 zu verschoben
und verändert dadurch die Vorspannung der auf das zweite Relaiskolbenteil 14 einwirkenden
Druckfeder 15.
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Der ausgesteuerte Druck P 2 steigt gemäß dem der in Fig. 3 gezeigten
Kennlinie ab Knickpunkt I an.
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Ist der Steuerdruck in der ersten Steuerkammer 3 soweit angestiegen,
daß das erste Relaiskolbenteil 4 nach Uberwinden der Kraft der Druckfeder 15 sich
auf das zweite Relaiskolbenteil 14 auflegt, so wird die Kennlinie des ausgesteuerten
Druckes P 2 in Abhängigkeit von den druckbeaufschlagten Wirkflächen der beiden Relaiskolbenteile
4 und 14 verändert (ab Knickpunkt II).
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Wenn das zweite Relaiskolbenteil 14 vom ersten Relaiskolbenteil 4
bis zum gehäusefesten Anschlag verschoben worden ist, ist das Einlaßventil 19,24
ganz geöffnet und der Druck verläuft gemäß der Kennlinie ab Knickpunkt III.
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