DE3631895A1 - Duplex-bremsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Duplex-Bremsventile zum Ein­ satz bei durch Druck eines Mediums betätigten Brems­ systemen für Fahrzeuge mit voneinander unabhängigen primären und sekundären Bremskreisen und hat insbe­ sondere Duplex-Bremsventile zum Gegenstand, die ein Gehäuse mit zwei Satz Öffnungen umfassen, die jeweils mit einem anderen der beiden Bremskreise verbunden sind und bei denen es sich jeweils um eine Eintritts- oder Zufuhröffnung und eine Austritts- oder Auslaßöffnung für das Druckmedium handelt, wobei primäre und sekun­ däre koaxiale Ventilanordnungen jeweils mit einem anderen der beiden Satz Öffnungen in Verbindung stehen und bei Betätigung wirksam werden, um die Austritts- oder Auslaßöffnungen zu sperren und mit den zugehörigen Eintrittsöffnungen zu verbinden.

Bei einem solchen Ventil, wie es die Patentschrift 14 66 296 des Anmelders zum Gegenstand hat, wird die auf ein Fußpedal od. dgl. ausgeübte Eingangsenergie über eine Abstufungsvorrichtung in Form einer Schraubenfe­ der oder eines elastischen Gummiblocks einem Eingangs­ system beaufschlagt, das die beiden Ventilanordnungen steuert und einen Reaktionskolben oder Träger für die primäre Ventilanordnung umfaßt.

Bekannte Ventile dieser Art sind im allgemeinen mit mindestens zwei radial eingesetzten Dichtungsringen ver­ sehen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Eintritts­ öffnung des primären Bremskreises so angeordnet sind, daß für das der primären Ventilanordnung beaufschlagte Medium der Behälterdruck vorgehalten wird. Der resul­ tierende Grad der Reibung ist abhängig vom Ausmaß der Dichtungsringinterferenz, von der diametralen Größe und vom Bohrungsabschluß. Er ist verhältnismäßig hoch, wenn die Dichtungsringe eine Zeitlang feststehen, und schwankt beträchtlich unter dynamischen Einflüssen.

Eine der Hauptzielsetzungen der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Duplex-Bremsventils, das rela­ tiv einfach und kostengünstig herzustellen ist, das einer beträchtlich geringeren Reibung ausgesetzt ist und demgemäß eine geringere und gleichmäßigere Ven­ tilhysterese gewährleistet und das ein minimales Druck­ gefälle zwischen den Ausgangskreisaustrittsdrücken auf­ weist.

Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß die normalerweise radial eingesetzten Dichtungsringe durch ein einziges Element ersetzt, das die Eintrittsöffnung mit minimalem Anfangsdruck umgibt und zwischen den relativ zueinander beweglichen Oberflächen von Reaktionskolben und Gehäuse eine Stirndichtung bildet.

Beim Dichtungselement handelt es sich bevorzugt um einen O-Ring, der durchmessermäßig wesentlich kleiner als die beiden radial eingesetzten Ringe bei herkömmlichen Ven­ tilen und in eine Nut entweder in der Gehäusewandung oder im Reaktionskolben eingesetzt sein kann. Im letztgenann­ ten Fall kann das Dichtungselement dem Behälterdruck aus­ gesetzt sein, durch den es in dichtenden Eingriff mit der Gehäusewandung gedrückt wird. Gemäß einer erfindungsge­ mäßen Ausführungsform wird die anfängliche Abdichtung durch eine einfache Federklemme aus Kunststoff erreicht, die das Dichtungselement gegen die Gehäusewandung drückt. Die resultierenden Reibungswerte sind demgemäß niedrig und unabhängig von den jeweiligen Bedingungen sehr gleich­ mäßig, was bei Duplex-Bremsventilen der vorgenannten Art aus den vorbeschriebenen Gründen besonders wünschenswert ist.

Ein weiterer Vorteil der Schaffung einer Stirndichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Gehäuse als einteiliges Gußstück ausgebildet werden kann, das eine einzige Bohrung von weitgehend gleich­ mäßigem Durchmesser besitzt und bei dem die Eintritts- und Austrittsöffnungen eines jeden Ventilelements ho­ rizontal miteinander fluchten. Dies steht im Gegen­ satz zu herkömmlichen Duplex-Bremsventilen, die im allgemeinen aus zwei Gußstücken bestehen, welche nor­ malerweise jeweils ein getrenntes Ventilelement um­ fassen und in der Mitte miteinander verbunden sind, damit Bohrungen für die aus dem primären Kreis kommen­ de Flüssigkeit gebildet werden können. Es dürfte so­ mit auf der Hand liegen, daß erfindungsgemäß die Her­ stellung vereinfacht wird und beträchtliche Einsparun­ gen an Produktionskosten möglich sind.

Mit der Verringerung der Reibungsfaktoren, Nutzlasten usw. nimmt die Gefahr einer Ventilmotorisierung zu. Dem­ gemäß ist eine weitere Zielsetzung der Erfindung die ausreichende Dämpfung aller Steuerdrücke, um sicherzu­ stellen, daß sich keine Druckschwingungen aufbauen kön­ nen.

Bekannte Steuerventile der in Patentschrift 14 66 296 beschriebenen Art haben bereits Ablenkplatten, wobei es hier jedoch aufgrund ihrer Konstruktion und des Platzes, der von den radial mit Druck beaufschlagten Dichtungsringen eingenommen wird, nur möglich war, eine Ablenkplatte an einer kleineren Fläche des Reaktionskolbens vorzusehen. Demgemäß ist bei diesen Ventilen die Gefahr einer Motorisierung größer, und zwar vor allem dann, wenn sie in Verbindung mit Schrau­ benfedern aus Stahl für die Abstufung zum Einsatz kom­ men.

Demgemäß ist eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe die Schaffung eines Reaktionskolbens mit einer innenliegen­ den Ablenkplatte, die sich über die volle Breite der Ge­ häusebohrung erstreckt und ein kleines Austrittsloch besitzt, das die primäre Austrittsöffnung mit dem Raum unterhalb des Reaktionskolbens verbindet und zu einem langsameren Aufbau des Drucks des Mediums führt, was direkt am Eingangsplunger spürbar ist.

Zum Ausgleich der dem Reaktionskolben durch die stirn­ seitige Abdichtung beaufschlagten seitlichen Belastung kann das Gehäuse mit diametral entgegengesetzten Eintritts­ öffnungen versehen sein, die beide an die Druckmedium­ versorgung angeschlossen sind. Die Auslaß- oder Austritts­ öffnungen können einander ebenfalls diametral gegenüber­ liegen.

Erfindungsgemäße Ausführungsformen seien nunmehr als Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen be­ schrieben, in denen

Fig. 1 einen Querschnitt eines Duplex- oder Zweikreisbremsventils zeigt;

Fig. 2 eine Draufsicht darstellt, die teilweise als Querschnitt entlang der Achse AA nach Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 3 ein Querschnitt entlang der Achse BB nach Fig. 1 ist und

Fig. 4 einen Detailquerschnitt einer alternativen Ventilausführung darstellt, bei welcher die Abdichtung der Stirnfläche durch eine Dich­ tung am Ventilgehäuse bewirkt wird.

Das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Ventil umfaßt ein weitgehend zylindrisches Gehäuse 10, in dessen einem Ende sich ein Eingangsplunger 12 zur Betätigung durch ein Pedal (nicht dargestellt) befindet. Ein Träger oder Reaktionskolben 14 ist verschiebbar in einer Bohrung 16 des Gehäuses 10 angeordnet und in Abhängigkeit von der Betätigung des Pedals über eine Verschiebefederanord­ nung 18, wie an der linken Seite des Ouerschnitts sichtbar, oder bei der alternativen Ausführung über eine Gummifeder 18′ auf der rechten Seite verschieb­ bar, die zwischen dem Eingangsplunger 12 und dem Träger oder Reaktionskolben 14 wirkt.

Das Gehäuse 10 ist als einteiliges Gußstück ausgebil­ det und besitzt durch die Gehäusewandung verlaufende obere und untere Sätze von Eingangs- oder Zuführöffnun­ gen 20, 21 und Auslaß- oder Austrittsöffnungen 22, 23, wobei die einzelnen Sätze entsprechend mit den primären und sekundären Bremskreisen verbunden sind (nicht dar­ gestellt). Jeder Satz umfaßt zwei Eintrittsöffnungen, die über die Bohrung des Gehäuses hinweg einander diametral gegenüberliegen und mit einer Druckmedium­ quelle verbunden sind, bei der es sich im allgemeinen um einen Druckluftbehälter handelt. Die beiden einan­ der diametral gegenüberliegenden Auslaßöffnungen sind an den zugehörigen Bremskreis angeschlossen.

Eine primäre Ein-/Auslaßventilanordnung 30 befindet sich auf dem Reaktionskolben 14 und eine sekundäre Ein-/Auslaßventilanordnung 32 im unteren Ende des Gehäuses.

Zwischen den beiden Ventilanordnungen ist ein rohr­ förmiger Kolbenabschnitt 34 vorgesehen, der in der Bohrung 16 läuft und einen oberen Stößel 36 umfaßt, der verschiebbar in einer als fester Bestandteil des Trägers 14 ausgebildeten Ablenkplatte 38 aufgenommen wird. Ein unterer Stößel 40 der Kolbenanordnung 34 wird in einer weiteren Ablenkplatte 42 aufgenommen, die das untere Ende der Bohrung 16 überbrückt. Die Räume 44, 46 ober- und unterhalb der Kolbenanord­ nung 34 stehen über die Austrittslöcher 48, 50 in den jeweiligen Ablenkplatten jeweils mit den primä­ ren und sekundären Austrittsöffnungen 22, 23 in Verbindung.

Die oberen und unteren Enden des rohrförmigen Kolben­ abschnitts bilden ringförmige Austrittsventilelemen­ te 52, 54, die mit den Köpfen der Eintrittsventilele­ mente 56, 58 auf einen kleineren Durchmesser als dem der Eintrittsventilsitze 60, 62 zusammenwirken.

Obwohl das dargestellte Ventil sich in vielen bedeut­ samen Punkten von herkömmlichen Ventilen unterscheidet, wie dies nachstehend beschrieben ist, bleibt die Funk­ tionsweise weitgehend unverändert, so daß diese nicht im Detail erläutert ist. Kurz gesagt: die Eintritts­ ventilelemente 56, 58 stehen normalerweise mit den Ventilsitzen 60, 62 in Eingriff, sind jedoch von den Austrittsventilelementen 52, 54 abgesetzt, so daß die Austrittsöffnungen 22, 23 mit dem Auslaß über einen Kanal verbunden sind, der durch den rohrförmi­ gen Kolbenabschnitt 34 und die Mitte der sekundären Einlaßventilanordnung 32 gebildet wird.

Bei der Abwärtsbewegung des Trägers 14 in Abhängig­ keit von der Betätigung eines Ventils verschiebt die primäre Eintrittsventilanordnung 30 ihrerseits den rohr­ förmigen Kolbenabschnitt 34, um so die Verbindung zwi­ schen den Austrittsöffnungen 22, 23 und dem Auslaßkanal zu schließen, wobei beide Eintrittsventilelemente 56, 58 aus ihren Sitzen 60, 62 angehoben werden, um so die Druckmediumversorgung mit den Austrittsöffnungen 22, 23 zu verbinden.

In Nuten 72 im Träger 14 sind O-Ringe 70 eingesetzt, die als stirnseitige Abdichtungen dienen, welche die primären Eintrittsöffnungen 20 umgeben. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sitzt hinter jedem O-Ring 70 eine Federklemme 76, um diesen mit der Bohrung 16 in Kon­ takt zu halten und eine anfängliche Abdichtung zu bewirken. Außerdem steht die Nut 72 mit dem Druck des eintretenden Mediums über einen Kanal 78 in Ver­ bindung, so daß der O-Ring im Betrieb durch das Druckgefälle über die Dichtung hinweg in seine Ab­ dichtungsstellung gedrückt wird.

Um den Träger 14 und somit die Stirndichtungen in die gewünschte Winkelposition relativ zum Gehäuse 10 zu bringen, befindet sich im Träger ein Stift 80, der in einer in Längsrichtung verlaufenden Aufnahmenut 82 im oberen Ende der Bohrungswandung geführt ist.

In Fig. 4 ist eine alternative Anordnung dargestellt, bei der eine Dichtung 70′ in Form eines O-Rings, wel­ che eine stirnseitige Abdichtung um die Eintrittsöffnung 20 herum bewirkt, in einen Stopfen 84 eingesetzt ist, in dem die Eintrittsöffnung ausgebildet und der am Ventil­ gehäuse 10 durch Schrauben 86 angebracht ist. Zur Justierung der Kraft, mit welcher der O-Ring 70′ gegen den Trägerkolben, d.h. den Spalt des O-Rings, anliegt, können zwischen dem Flansch 85 am Stopfen 84 und dem Gehäuse 10 Beilegscheiben eingesetzt werden.

Das Ventil gemäß den Fig. 1 bis 3 umfaßt einen mit Ablenkplatte versehenen Reaktionskolben in einem weitaus kompakteren Gehäuse als dies bei her­ kömmlichen Ventilen möglich wäre. Die Ablenkplatte 38 ist als fester Bestandteil des Reaktionskolbens ausgebildet, wobei der Ausgangsdruck direkt der Aus­ trittsöffnung 22 zugeführt wird. Ein kleines Austritts­ loch 48 steht ebenfalls mit dem Raum unterhalb des Reaktionskolbens in Verbindung. Der langsamere Auf­ bau des Luftdrucks an dieser Stelle ist direkt am Eingangsplunger 12 spürbar.

Wie bereits erwähnt ist es normal, für die Betäti­ gung des sekundären Kreises durch Luft einen ein­ fachen oder doppelten Mittelkolben mit O-Ringen oder Dichtungsringen vorzusehen. Es ist allgemein bekannt, daß durch die Konstruktion dieser Art von Steuerven­ til eine minimale Druckhysterese zwischen den Druck­ ausgängen der primären und sekundären Kreise mög­ lich ist. Starre Konstruktionen leiden im allgemei­ nen unter einer Leckage von Luft an den Ventil­ sitzen, so daß in bezug auf maschinelle Bearbeitung, Konzentrizität und Rechtwinkligkeitsfehler starke Einschränkungen gegeben sind.

Der rohrförmige Kolbenabschnitt 34 jedoch umfaßt eine elastische Doppeldichtungsanordnung 86 mit einer mittigen Auslaßentlüftung 88. Hierdurch ist eine genaue Bewegung der identischen Mittelkolben 90, 92 innerhalb der Gummihalterung möglich, um auf diese Weise das Konzentrizitätsproblem zu lösen. Außer­ dem können hierbei die Kolben komplett ohne Bearbei­ tung aus Kunststoffmaterial gegossen werden.

Im allgemeinen wird bei bekannten Ventilen mit zwei Guß­ stücken das obere Gußstück als oberer Anschlag für den mittleren Kolben benutzt. Diese Methode setzt voraus, daß der Hub des Austrittsventils von den zulässigen Toleranzen der jeweiligen Einzelteile abhängig ist. Das dargestellte und nur ein Gußstück umfassende Ven­ til besitzt einen mittleren einstellbaren Bolzen 94, der an einer Platte 96 unterhalb des unteren Ein-/Aus­ trittsventils befestigt ist. Hierdurch kann der An­ schlag so eingestellt werden, daß sich für den Aus­ trittshub des primären Kreises ein Mindestwert "a" und für den Austrittshub des sekundären Kreises ein Maximalwert "b" ergibt (siehe Fig. 1). Tatsächlich wird hierdurch für den Gesamtaustrittshub ein wesent­ lich geringerer Wert erreicht, nachdem sich der mitt­ lere Kolben bewegt, um eine Kompensation des Ein-/ Austrittsventils zu bewirken, bei dem der Austritt wesentlich langsamer vonstatten geht.

Ein-/Austrittsventile sind allgemein bekannt, bei denen Preßpassungen von Gummi auf Metall vorgesehen sind und die eine einzige angegossene Lippe umfassen, um einen Ausgleich des Lufteintrittsdrucks zu bewirken. In der dargestellten Ausführungsform besitzt das Ventil 58 jedoch zwei angegossene Gummidichtungslippen 98, 100, so daß der Ausgangsdruck durch ein kleines Loch 102 dem Bereich 104 zwischen den Dichtungslippen zuge­ führt wird, um einen voll ausgeglichenen Ventilbe­ trieb zu erreichen. Eine ähnliche Anordnung ist am Ven­ til 56 vorgesehen. Dies bildet eine sehr billige Al­ ternative zu bekannten Konstruktionen, ohne auf eine Ab­ dichtung in Form von O-Ringen und Bohren zurückgrei­ fen zu müssen, wobei ein Einsatz mit einer gegossenen Ein-/Austrittsführung aus Kunststoff möglich ist. Voll ausgeglichene Ventile sind wichtig, wenn die Ventilbe­ wegung/die Druckhystere auf ein Minimum beschränkt bleiben sollen.

Claims (18)

1. Duplex-Bremsventil der vorbeschriebenen Art, das durch ein einziges Dichtungselement, welches die pri­ märseitige Eintrittsöffnung umgibt und eine Stirn­ abdichtung zwischen den relativ zueinander beweglichen Oberflächen des Reaktionskolbens und des Gehäuses be­ wirkt, vor einem Druckverlust des zur primären Ven­ tilanordnung strömenden Mediums geschützt ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Dichtungselement um einen O- Ring handelt, der in eine der Oberflächen einge­ setzt ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der O-Ring unter einem minimalen Anfangsdruck in eine Nut an der Außenseite des Reaktionskolbens eingesetzt wird, wobei eine Verbindung mit dem pri­ mären Mediumkanal durch das Ventil in der Weise be­ steht, daß im Betrieb der Druck des durch den primä­ ren Bremskreis strömenden Mediums den O-Ring in einen dichtenden Eingriff mit der Gehäusewandung bringt.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der O-Ring durch eine am Boden der Nut einge­ setzte ringförmige Federklemme mit der Gehäusewan­ dung in Kontakt gehalten wird.

5. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der O-Ring am inneren Ende eines Stopfens befindet, der in eine Öffnung in der Gehäusewandung eingesetzt ist und eine mittlere Bohrung umfaßt, welche die Eintrittsöffnung bildet.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen mit einem äußeren Flansch zur Durch­ führung von Schrauben versehen ist, um den Stopfen am Gehäuse zu befestigen, und daß die Kraft, mit welcher der O-Ring gegen den Reaktionskolben an­ liegt, durch Einsetzen von Beilegscheiben zwi­ schen Flansch und Gehäuse einstellbar ist.

7. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Satz Öffnungen aus zwei einander diametral gegenüberliegenden Ein­ trittsöffnungen und zwei einander diametral gegen­ überliegenden Austrittsöffnungen besteht, wobei je­ de Eintrittsöffnung von einem getrennten Stirndich­ tungselement umgeben ist.

8. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem einzigen Gußstück mit einer Bohrung besteht, die über den größten Teil ihrer Länge hinweg einen gleichmä­ ßigen Durchmesser aufweist und in der sich sowohl die primären als auch die sekundären Ventilreaktions­ kolben befinden, und weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und Austrittsöffnungen eines Satzes in einer horizontalen Ebene und die Eintritts- und Austrittsöffnungen des jeweils anderen Satzes in einer anderen horizontalen Ebene zu liegen kom­ men.

9. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stift radial vom primären Reaktionskolben in eine Längsnut im oberen Ende der Gehäusewandung vorspringt, um den Kolben re­ lativ zum Gehäuse winklig zu positionieren.

10. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf des primären Reaktionskolbens mit einer als fester Bestandteil aus­ gebildeten Ablenkplatte versehen ist, die sich über die gesamte Breite der Gehäusebohrung hin erstreckt und ein Austrittsloch besitzt, über das die primäre Austritts­ öffnung mit dem Raum direkt unterhalb des primären Reaktionskolbens verbunden wird.

11. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die primären und se­ kundären Ventilanordnungen Eintritts-/Austritts­ ventilelemente umfassen, die mit ringförmigen Ven­ tilsitzen am primären Reaktionskolben bzw. am Ge­ häuse und mit ringförmigen Austrittsventilelemen­ ten von geringerem Durchmesser als die Ventilsitze zusammenwirken, wobei die Austrittsventilelemente an den oberen und unteren Enden einer mittleren Hohlkolbenanordnung in der Gehäusebohrung zwischen den primären und den sekundären Ventilanordnungen ausgebildet sind.

12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Eintritts-/Austrittsventilelement der pri­ mären und sekundären Ventilanordnungen zwei Gummi­ dichtungslippen umfaßt, die konzentrisch zur Ventil­ achse ausgebildet sind, wobei der Ringraum zwischen den Lippen durch ein kleines Loch dem Austrittsdruck ausgesetzt ist, um das Ventil unter allen Druckbedin­ gungen voll auszugleichen.

13. Ventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Austrittsventilelemente an der mitt­ leren Kolbenanordnung an den Enden rohrförmiger Stößel ausgebildet sind, welche durch die Ablenkplatte am pri­ mären Reaktionskolben und eine ähnliche Ablenkplatte verlaufen, welche das untere Ende der Gehäusebohrung überbrückt, wobei die letztgenannte Ablenkplatte eben­ falls ein Austrittsloch umfaßt, das die sekundäre Aus­ trittsöffnung mit dem Raum direkt unterhalb der mitt­ leren Kolbenanordnung verbindet.

14. Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Kolbenanordnung zwei identische, ring­ förmige Kolbenelemente umfaßt, die an ihrem Umfang mit­ einander verbunden sind und in ihrer Mitte in den rohr­ förmigen Stößeln enden.

15. Ventil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Kolbenan­ ordnung aus Kunststoffmaterial gegossen wird.

16. Ventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Kolbenanordnung um ihren Umfang herum mit einem Dichtungselement aus elastischem Material ver­ sehen ist, das auf gegenüberliegenden Seiten einer Aus­ trittsentlüftung zwei Dichtungslippen besitzt.

17. Ventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement aus Gummi hergestellt ist.

18. Ventil nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbarer Bol­ zen nach oben durch die Mitte der sekundären Ven­ tilanordnung in die mittlere Hohlkolbenanordnung verläuft, wobei das Eingangssystem über eine Feder auf ihn wirkt, um in bezug auf den Austrittshub des primären Kreises einen Mindestwert und im Hinblick auf den Austrittshub des sekundären Kreises einen Maximalwert zu erreichen.