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Relaisventil
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Die Erfindung betrifft ein Relaisventil gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Relaisventile werden z.B. in druckluftbetriebenen Fahrzeugbremsanlagen
als Anhänger-Steuerventil, Anhänger-Bremsventil oder auch in achslastabhängig gesteuerten
Bremskraftregeleinrichtungen eingesetzt, um das Zeitverhalten der Bremse zu verbessern
oder auch in besonderen Fällen einen gegenüber einem Steuerdruck höheren Druck aussteuern
zu können.
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Wird ein Relaisventil beispielsweise als Anhänger-Bremsventil in einem
Anhängerfahrzeug verwendet, so wird das Relaisventil vielfach mit einer Einrichtung
versehen, welche einen gegenüber dem Motorfahrzeug
schnelleren Aufbau
des Bremsdruckes in den Bremszylindern des Anhängerfahrzeugs bewirkt (Voreilung).
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Aufgrund des schnelleren Bremsdruckaufbaus in den RadbremEzylindern
des Anhängerfahrzeugs bleiben Motorfahrzeug und Anhängerfahrzeug bei einem Bremsvorgang
gestreckt.
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Ein derartiges, aus der DE-AS 24 462 01 (Fig. 2) bekanntes, als Anhänger-Bremsventil
ausgebildetes Relaisventil weist einen abgestuften Relaiskolben auf, wobei eine
erste Wirkfläche des Relaiskolbens eine Steuerkammer, eine der ersten Wirkfläche
entgegengerichtete zweite Wirkfläche des Relaiskolbens, eine Arbeitskammer und eine
als Ringfläche ausgebildete, ebenfalls der ersten Wirkfläche entgegengerichtete
dritte Wirkfläche eine Hilfssteuerkammer begrenzt.
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Die Hilfssteuerkammer ist über ein Drucksteuerventil mit der Arbeitskammer
oder mit der Steuerkammer verbindbar.
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Durch das Zuschalten der dritten Wirkfläche in Abhängigkeit von einer
den Ventilkolben des Drucksteuerventils in Schließrichtung belastenden Federkraft
ist es möglich, die vom Druck in der Arbeitskammer beaufschlagt Wirkfläche nach
Erreichen eines vorbestimmbaren Druckes um den Betrag der die Hilfssteuerkammer
begrenzenden dritten Wirkfläche des Relaiskolbens zu vergrößern, so daß der vom
Relaisventil ausgesteuerte Druck nach einer Kennlinie verläuft, die anfangs eine
relativ steile Steigung und anschließend eine flachere Steigung aufweist. Die Steigung
des ausgesteuerten Druckes nach dem Zuschalten der dritten Wirkfläche des Relaiskolbens
ist abhängig vom Flächenverhältnis zwischen der die Steuerkammer begrenzenden ersten
Wirkfläche und der aus der die Arbeitskammer begrenzenden zweiten Wirkfläche und
der die Hilfssteuerkammer begrenzenden dritten Wirkfläche gebildeten Gesamtwirkfläche.
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Ist die Gesamtwirkfläche gleich der entgegengerichteten, vom Steuerdruck
beaufschlagten ersten Wirkfläche, so wird ein Druck ausgesteuert, dessen Steigung
parallel zur Steigung des Steuerdruckes verläuft. Ist die Gesamtwirkfläche kleiner
als die erste Wirkfläche, wird ein Druck ausgesteuert, dessen Steigung steiler verläuft
als die Steigung des Steuerdruckes. Bei einer gegenüber der ersten Wirkfläche größeren
Gesamtwirkfläche verläuft die Steigung des ausgesteuerten Druckes demzufolge flacher
als die Steigung des Steuerdruckes.
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Durch Verändern der Spannung der den Ventilkolben des Drucksteuerventils
belastenden Feder ist es zwar möglich, die Kennlinie des ausgesteuerten Druckes
parallel zur Kennlinie des Steuerdruckes zu verschieben, jedoch hat diese Maßnahme
keinen Einfluß auf die Steigung des auszusteuernden Druckes.
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Soll die Steigung geändert werden, so ist es erforderlich, das Flächenverhältnis
zwischen den einander entgegengerichteten Wirkflächen des Relaiskolbens zu verändern.
In der Praxis bedeutet dies, Vergrößern oder Verkleinern einer Relaiskolbenfläche
und entsprechende Bearbeitung der den Relaiskolben aufnehmenden Gehäusebohrung.
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Derartige Maßnahmen sind aufwendig und teuer.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Relaisventil
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem mit einfachen Mitteln die Steigung
des Ausgangsdruckes veränderbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung
gelöst.
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Vorteilhafte WeiterDildungen und Ausgestaltungen der Erfindung werden
in den Unteransprüchen aufgezeigt.
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Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, durch den Einsatz verschiedener
mit unterschiedlich großen gegeneinander gerichteten Wirkflächen versehenen Ventilkolben
für das Drucksteuerventil auf einfache Art und Weise die Steigung des vom Relaisventil
auszusteuernden Druckes einstellen zu können. Zwecks Änderung der Steigung des Ausgangsdruckes
ist lediglich das am Relaisventil leicht zugänglich angeordnete Drucksteuerventil
oder lediglich der Ventilkolben des Drucksteuerventils auszutauschen.
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Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachstehend
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Anhänger-Bremsventil mit einem Drucksteuerventil
zur Erzielung der Voreilung, wobei die Reaktionsfläche des Ventilkolbens des Drucksteuerventils
größer ausgebildet ist als die Aktionsfläche, Fig. 2 ein Diagramm, in welchem die
Kennlinien des auszusteuernden Druckes im Verhältnis zum Steuerdruck dargestellt
sind und Fig. 3 das in Fig. 1 gezeigte Drucksteuerventil in vergrößertem Maßstab.
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In Fig. 1 ist ein als Anhänger-Bremsventil ausgebildetes Relaisventil
dargestellt, welches aus einem Gehäuseoberteil 9 und einem Gehäuseunterteil 18 besteht,
an dessen Unterseite eine Entlüftung 20 angeordnet ist.
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Ein im Gehäuseoberteil 9 angeordneter Relaiskolben 4 begrenzt mit
seiner oberen, als erste Wirkfläche dienenden Fläche eine Steuerkkmmer 3, deren
Steueranschluß 6 mit einer nicht darges tel Anhärlger-Brelnsleitung
verbunden
ist. Eine unterhalb des Relaiskolbens 4 angeordnete Arbeitskammer 1 ist über Anschlüsse
10 und 33 mit nicht dargestellten Bremszylindern verbunden. Eine Führung 7 zwischen
einer Kolbenhülse 2 und einer Gehäusewand 8 trennt die Arbeitskarnmer 1 unterhalb
des Relaiskolbens 4 von einer Hilfssteuerkammer 5. Diejenige Kolbenfläche des Relaiskolbens
4, welche der vom Steuerdruck in der Steuerkammer 3 beaufschlagten ersten Wirkfläche
gegenüberliegt, ist geteilt ausgebildet. Die so gebildete erste Teilfläche des Relaiskolbens
4 begrenzt die Arbeitskammer 1 und hat die Funktion einer der ersten Wirkfläche
entgegengerichteten zweiten Wirkfläche. Die zweite Teilfläche des Relaiskolbens
4 begrenzt die Hilfssteuerkammer 5 und hat die Funktion einer der ersten Wirkfläche
ebenfalls entgegengerichteten dritten Wirkfläche. Das untere Gehäuseteil 18 ist
gegen das obere Gehäuseteil 9 von einer mit einer Führungsbohrung 12 versehenen
Stirnwand 13 abgeschlossen. In der Führungsbohrung 12 wird ein hülsenförmiger Ansatz
14 eines über einen mit einer nicht dargestellten Vorratsleitung verbundenen automatischen
Bremsanschluß 16 und eine Hilfsbremskammer 15 von dem Vorratsdruck beaufschlagter
Notbremskolben 24 geführt. Der Notbremskolben 24 wird auf einem Absatz 23 der Entlüftung
20 gegen die Kraft einer Feder 22 gehalten.
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Ein mit einer Entlüftungsbohrung 21 versehener Doppelventilkörper
29 bildet mit einem Absatz 31 des Notbremskolbens 24 ein Einlaßventil 29, 31 und
mit einem Fortsatz 32 des Relaiskolbens 4 ein Auslaßventil 29, 32 eines ersten kombinierten
Einlaß- und Auslaßventils.
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Der Doppelventilkörper 29 ist in einem Ventilansatz 25, der von einer
Rückstellfeder 26 gehalten wird, verschiebbar gelagert. Ein Verbindungsraum 28 unterhalb
einet Lippenringes 30, der einen Anschluß 27 zu einem nicht dargéritellten Vorratsbehälter
aufweist, ist über im Notbremskolben 24 vorgesehene Durchlaßbohrungen 17
mit
einem Druckraum 19 im Notbremskolben 24 verbunden.
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Die Arbeitskammer 1 des Anhänger-Bremsventils ist über eine im Gehäuseoberteil
9 vorgesehene Bohrung 50 mit einer ersten Ventilkammer 45 eines als Drucksteuerventil
36 dienenden zweiten kombinierten Einlaß- und Auslaßventils verbunden. Eine Bohrung
49 verbindet die Hilfssteuerkammer 5 des Anhänger-Bremsventils mit einer zweiten
Ventilkammer 40 des Drucksteuerventils 36.
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Die beiden Ventilkammern 40, 45 sind durch einen abgestuften Ventilkolben
42, 48 voneinander getrennt. Im Gehäuse des Drucksteuerventils 36 ist ein sich radial
nach innen erstreckender Vorsprung vorgesehen, der als Einlaßventilsitz 44 dient
und mit dem Ventilkolben 42 das in Richtung auf die zweite Ventilkammer 40 bzw.
in Richtung auf die Hilfssteuerkammer 5 zu in die Offenstellung bringbare Einlaßventil
44, 42 des zweiten kombinierten Einlaß- und Auslaßventils bildet. Der Ventilkolben
42 wird von einer Feder 39, die sich an einem Federteller 38 abstützt, in Richtung
auf den Einlaßventilsitz 44 zu beaufschlagt. Mittels eines in das Gehäuse des Drucksteuerventils
36 eingeschraubten Gewinaestiftes 37, welcher am Federteller 38 anliegt, ist die
Vorspannung der Feder 39 einstellbar. Der Ventilkolben weist in Richtung seiner
Längsachse verlaufende Durchlässe 41 auf, die außerhalb des Bereiches des Ventilschaftes
48 angeordnet sind. Die Durchlässe 41 werden von einer Dichtlippe 43 verschlossen,
die auf der ringförmigen, die erste Ventilkammer 45 begrenzenden Wirkfläche des
Ventilkolbens 42 vorgesehen ist. Von den Durchlässen 41 und den Dichtlippen 43 wird
das in Richtung auf die erste Ventilkammer 45 des .Drucksteuerventils 36 zu bzw.
in Richtung auf die Arbeitskammer 1 des Anhänger-Bremsventils zu bringbare Auslaßventil
41, 43 des zweiten kombinierten Einlaß- und Auslaßventils gebildet. Die Dichtlippe
41 wird von einer sich am Boden der ersten Ventilkammer 45 abstützenden Feder 46
in
Richtung auf den Ventilkolben 42 zu beaufschlagt. Der Schaft
48 des Ventilkolbens 42 wird in einer Ausnehmung des Ventilgehäuses geführt und
weist eine in Richtung seiner Längsachse verlaufende Druckentlastungsbohrung 47
auf. Eine den Gewindestift 37 abdeckende Schutzkappe 35 verhindert ein unbeabsichtigtes
Verdrehen des Gewindestiftes 35. Der in der Abbildung gezeigte Ventilkolben 42 ist,
wie bereits eingangs erwähnt, abgestuft, wobei die als Ringfläche ausgebildete kleinere
Wirkfläche als Aktionsfläche zum Öffnen des Einlaßventils 42,. 44 und die gegenüberliegende
größere Wirkfläche als Reaktionsfläche zum Schließen des Einlaßventils 42, 44 dient.
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In Fig. 2 sind die Kennlinien eines ausgesteuerten Druckes in Abhängigkeit
vom Steuerdruck dargestellt, wobei die Kennlinien vom Flächenverhältnis der Wirkflächen
des Ventilkolbens des Drucksteuerventils abhängige unterschiedliche Steigungen aufweisen.
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Die durchgezogene Kennlinie stellt einen ausgesteuerten Druck P21
dar, dessen Steigung in etwa parallel zur Steigung des Steuerdruckes (450-Kennlinie)
verläuft.
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Die einander entgegengerichteten Wirkflächen des Ventilkolbens des
Drucksteuerventils sind in diesem Fall im Verhältnis 1:1 ausgelegt.
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Die mit P22 und P23 gekennzeichneten Kennlinien stellen einen ausgesteuerten
Druck dar, dessen Steigung steiler verläuft als die Steigung des Steuerdruckes.
In diesem Fall ist die der Arbeitskammer abgewandte Fläche (Reaktionsfläche) des
Ventilkolbens des Drucksteuerventils größer ausgelegt als die der Arbeitskammer
zugewandte Wirkfläche (Aktionsfläche).
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Ist die Aktionseláche größer ausgelegt als die Reaktionsfläche, so
läßt sich ein Druck aussteuern dessen Steigung bis auf die 45°-Kennlinie zurückgeführt
wird, P24.
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Die 450-Kennlinie ist als strichpunktierte Linie dargestellt.
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Fig. 3 zeigt in vergößertem Maßstab das in Fig. 1 beschriebene Drucksteuerventil.
Der besseren Übersicht halber ist das Drucksteuerventil mit den in Fig. 1 verwendeten
Bezugszeichen gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Funktion des erfindungsgemäßen, als Anhänger-Bremsventil ausgebildeten
Relaisventils wird nachstehend näher erläutert.
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Der über den Kupplungsschlauch "Vorrat" vom Motorwagen kommende Vorratsbehälterdruck
gelangt zum Anschluß 16 des Anhänger-Bremsventils, vorbei am Lippenring 30 zum Anschluß
27 und weiter zum Vorratsbehälter des Anhängers.
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Der dabei gleichzeitig mit Druck beaufschlagte Notbremskolben 24 geht
gegen die Kraft der Feder 22 in seine untere Normalstellung (Fahrstellung)' in der
die Anhänger-Bremszylinder über die Anschlüsse 11 und 33 des geöffneten Auslaßventils
29, 32 und die Entlüftung 21, 20 entlüftet sind.
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Beim Abbremsen des Motorwagens gelangt Druckluft über den Kupplungsschlauch
(Bremse) und den Anschluß 6 in die Steuerkammer 3. Der Relaiskolben 4 wird von dem
sich in der Steuer:ammer 3 aufbauenden Druck nach unten bewegt, schließt durch Aufsetzen
seines Fortsatzes auf den Doppelventilkörper 29 das Auslaßventil 29, 32 und öffnet
beim weiteren Herunterfahren das Einlaßventil 31, 32 des ersten kombinierten Einlaß-
und Auslaßventils 29, 31, 32. Aus dem Vorratsbehälter des ..nhEngers (Anschluß 27)
strömt über das geöffnete Einlaßventil 29, 31, die Arbeitskammer 1 und den Anschluß
11 bzw. 33 Druckluft zu den Bremszylindern. Durch die Bohrung 50 gelangt aus der
Arteitskammer 1 Druckluft in die erste Ventilkammer 45 und beaufschlagt die Ringfläche
des Ventilkolbens 42. Ist der Druck in der Arbeitskammer 1 und somit auch in der
erst; Ventilkammer 45 soweit angestiegen, daß die dem Druck in der ersten Ventilkarn-
mer
45 entgegengerichtete Kraft der den Ventilkolben 42 belastenden Feder 39 überwunden
wird, hebt der Ventilkolben 42 vom Einlaßventilsitz 43 ab. Durch das jetzt geöffnete
Einlaßventil 42, 43 des zweiten kombinierten Einlaß- und Auslaßventils 41, 42, 43,
44, die zweite Ventilkammer 40 sowie die Bohrung 49 strömt Druckluft in die Hilfssteuerkamrner
5 und beaufschlagt die zweite Teilfläche des Relaiskolbens 4. Die zweite, die Hilfssteuerkammer
5 begrenzende Teilfläche und die erste, die Arbeitskamrner 1 begrenzende Teilfläche
des Relaiskolbens 4 bilden zusammen eine gemeinsame Wirkfläche, die der Größe der
entgegengerichteten, vom Steuerdruck beaufschlagten Wirkfläche des Relaiskolbens
4 entspricht.
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Der sich in der Hilfssteuerkammer 5 aufbauende Druck beaufschlagt
die der zweiten Ventilkammer zugewandte, als Reaktionsfläche dienende Wirkfläche
des Ventilkolbens 42 und bildet zusammen mit der Feder 39 eine F'eaktionskraft,
die der entgegengerichteten, auf die als Aktionsfläche dienende ringförmige 'lirkflcZche
des Ventilkolbens 42 einwirkenden Aktionskraft entgegenwirkt.
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Aufgrund der gegenüber der Aktionsfläche größeren Reaktionsfläche
des Ventilkolbens 42 schließt das rinlaßventil 42, 43 des zweiten kombinierten Einlaß-
und Auslaßventils schon bei einem gegenüber dem Druck in der Arbeitskammer 1 niedrigeren
Druck in der Hilfssteuerkammer 5.
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U,n Gleichgewicht zwischen den auf den Relaiskolben 4 entgegengerichtet
einwirkenden Kräften herzustellen, muß der Druck in der Arbeitskammer 1 mit einer
Steigung weiter ansteigen, die größer ist als die Steigung des sic in der Steuerkammer
3 eiter aufbauenden Steuerdrucke Ei.
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Je größer die Reaktaonsfläche des Ventilkolbens 42 des Drucksteuerventils
36 gegenüber der Aktionsfläche
ist, desto geringer ist die zum
Schließen des Einlaßventils 42, 43 erforderliche Druckhöhe in der Hilfssteuerkammer
5 und desto höher ist demzufolge der vom Anhänger-Bremsventil ausgesteuerte Druck.
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Nach Aufhebung der Motorwagenbremsung und der damit verbundenen Entlüftung
der Steuerkammer 3 geht der Relaiskolben 4 in seine obere Stellung zurück. Das Einlaßventil
29, 31 schließt und das Auslaßventil 29, 32 des ersten kombinierten Einlaß- und
Auslaßventils 29, 31, 32 öffnet. Durch das Auslaßventil 29, 32, die Bohrung 21 und
die Entlüftung 20 erfolgt die Entlüftung der Arbeitskarnmer 1 und somit auch die
Entlüftung der Bremszylinder.
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Bedingt durch die dabei auftretende Druckdifferenz zwischen dem Druck
in der ersten Ventilkammer 45 und der zweiten Ventilkammer 40 des zweiten kombinierten
Einlaß- und Auslaßventils 41, 42, 43, 4 öffnet das Auslaßventil 41,44.
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Der Druck aus der :Hilfssteuerkammer 5 wird jetzt über das geöffnete
Auslaßventil 41, 44, die Arbeitskammer 1, die Bohrung 21 und die Entlüftung 20 zur
Atmosphäre hin entlüftet.