DE3714038A1 - Betaetigungseinrichtung fuer ein motorwagenbremsventil - Google Patents

Description

Betätigungseinrichtung für ein Motorwagenbremsventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Betätigungseinrichtungen dienen zur Übertragung der Trittplattenstellung auf die Ventil­ einrichtung eines Motorwagenbremsventils. Dazu wird die Trittplattenkraft über einen Betätigungsstößel auf die Betätigungseinrichtung übertragen, die wiederum eine Ventileinrichtung des Motorwagenbrems­ ventils steuert.

Eine derartige Betätigungseinrichtung für ein Motorwagenbremsventil ist aus der CH-PS 3 54 346 bekannt. Bei diesem Motorwagenbremsventil ist die Betätigungseinrichtung innerhalb eines Ventilkolbens angeordnet. Hierbei stützt sich der Betätigungs­ stößel in ein trichterförmig ausgebildetes Druck­ stück ab, das gleichzeitig als Federteller ausgebil­ det ist. Das Druckstück ist innerhalb des Ventilkol­ bens geführt und stützt sich seinerseits über eine Feder auf dem Kolbenboden ab.

Sobald der Betätigungsstößel mit einer Betätigungs­ kraft beaufschlagt wird, überträgt das Druckstück die Kraft über die Feder auf den Ventilkolben und bewegt diesen in Betätigungsrichtung des Stößels. Dabei kommt nach Überwindung der Federkraft das Druckstück an einer Auflagefläche am Kolbenboden zur Anlage. Das Druckstück ist an seiner Auflagefläche kugelförmig gewölbt, während die Auflagefläche des Kolbens eben ausgebildet ist.

Eine solche Betätigungseinrichtung hat den Nachteil, daß der Kolbenboden bei hohen Betätigungskräften an seiner Auflagefläche eine große Materialstärke aufweisen muß, da es sonst leicht zu Beschädigungen am Ventilkolben kommen kann. Derartige Material­ stärken sind deshalb erforderlich, weil das Druck­ stück nach Überwindung der Federkraft punktförmig auftrifft und hierdurch eine hohe punktuelle Kraft erzeugt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinrichtung eines Motorwagenbrems­ ventils zu schaffen, bei der die Auflagefläche des Kolbenbodens mit annähernd gleicher geringer Wand­ stärke ausführbar ist, wie die übrigen Kolbenwände und dies bei einfacher und kostengünstiger Ausfüh­ rungsart.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.

Aus der DE-AS 27 06 757 ist zwar auch eine Betäti­ gungseinrichtung für ein Motorwagenbremsventil bekannt, bei dem die Auflagefläche des Kolbens keine besondere Materialverstärkung am Kolbenboden auf­ weist. Bei dieser Betätigungseinrichtung ist sowohl die Auflagefläche des Druckstücks als auch die des Kolbens eben ausgebildet, so daß bei normaler Krafteinwirkung des Betätigungsstößels eine gleich­ mäßige Flächenbelastung bei vergrößerten Auflage­ flächen entsteht. Allerdings wird bei diesem Motor­ wagenbremsventil der Betätigungsstößel um einen Drehpunkt betätigt, so daß die Kraft nicht immer senkrecht in das Druckstück eingeleitet wird. Dabei kann es vorkommen, daß die Stirnfläche des Druck­ stücks nicht mehr parallel zur Fläche des Ventil­ kolbenbodens bewegt wird und dadurch auch punktuell auf dem Kolbenboden auftrifft. Auch hierdurch entsteht eine hohe Materialbelastung in diesem Bereich, die leicht zu einem Bruch des Kolbenmate­ rials führen kann.

Die Erfindung hat insbesondere den Vorteil, daß es auf den möglichen Winkel der Krafteinleitung der Betätigungskraft in das Druckstück nicht ankommt. Durch die einander angepaßten gewölbten Auflage­ flächen des Druckstücks und des Ventilkolbenbodens, wird in jedem Fall eine gleichmäßige Kraftaufteilung der Betätigungskraft erreicht.

Weiterhin ist auch vorteilhaft, daß bei einer Erhöhung der zulässigen Betätigungskraft keine Materialverstärkung bei den bisherigen Ventilkolben­ ausführungen erforderlich ist, da allein durch die angepaßten Auflageflächen bereits eine höhere zulässige Betätigungskraft erreichbar ist. Darüber hinaus hat dies auch den Vorteil, daß keine größere Baulänge der Betätigungseinrichtung erforderlich ist, die dann auch eine Neukonstruktion des gesamten Bremsventils zur Folge hätte. Durch die Erfindung wird deshalb auch ein Austausch der jeweiligen Betätigungseinrichtung ausreichen, um auch Altgeräte an entsprechend höhere zulässige Betätigungskräfte anzupassen.

Es ist aber auch möglich, bei bereits vorhandenen Motorwagenbremsventilen Material einzusparen oder aber kostengünstigere weniger belastbare Materialien wie z.B. Kunststoffe zu verwenden.

Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform besteht das Druckstück aus einem Tiefziehblechteil, welches kostengünstig zu einem trichterförmigen Druckstück ausformbar ist. Da alle Kräfte des Stößels aus­ schließlich in das Druckstück wirken und der Feder­ teller hauptsächlich nur zur Führung dient, war es möglich den aufwendig ausgestalteten Federteller als Kunststoffspritzteil kostengünstig herzustellen. Dabei wurden in der trichterförmigen Bohrung des Federtellers gleichzeitig Entlüftungsnute ausge­ spart, die bei der Betätigung ein Be- und Entlüften des Kolbenbodenraumes ermöglichen, ohne daß dieses wie bisher üblich kraftschwächende Bohrungen im Kolbenboden erfordert hätte.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbei­ spiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Ausschnitt eines Motorwa­ genbremsventils mit einer darin angeordneten Betäti­ gungseinrichtung.

Die Betätigungseinrichtung befindet sich in einem zylindrischen Gehäuseteil (6) und ist bei Betätigung eines nicht dargestellten Trittplattenteils durch einen Betätigungsstößel (1) in Richtung des Gehäuse­ teils (6) bewegbar. Der Ventilkolben (2) der Betäti­ gungseinrichtung ist durch eine Gummidichtung (16) gegenüber dem Gehäuse (6) abgedichtet geführt. Der Stößel (1) stützt sich in ein trichterförmiges Druckstück (3) ab, das aus einem Tiefziehblech gezogen ist. Allerdings kann das Druckstück (3) auch als Dreh- oder Gußteil ausgebildet sein. Das Druck­ stück (3) ist an seiner geschlossenen Seite mit einer zweiten Auflagefläche versehen, die als ein kugelförmiger Abschluß (14) ausgebildet ist. Auf der geöffneten Seite des Druckstücks (3) ist ein Aufla­ gerand vorhanden, der sich auf einem Federteller (4) abstützt.

Das Druckstück (3) befindet sich in der trichterför­ migen Bohrung des Federtellers (4) und ragt mit seinem kugelförmigen Abschluß (14) kolbenbodensei­ tig leicht aus der Bohrung heraus. Seitlich ist der Federteller (4) mit einem kreisförmigen Rand ver­ sehen, der zur Führung innerhalb des Ventilkolbens (2) dient. In der Bohrung des Federtellers (4) sind Entlüftungsnute (17) angebracht, die zur Be- und Entlüftung des Kolbenbodenraumes dienen. Zwischen der Gehäusewand und dem Auflagerand des Druckstücks ist ein Faltenbalg (18) angebracht, der den Schmutz­ eintritt von außen verhindern soll.

Der Federteller (4) ist an der kolbenseitigen Austrittsöffnung seiner Bohrung mit einer konischen Erweiterung (15) versehen, die bei schräg einwirken­ der Betätigungskraft zur Vorzentrierung des Druck­ stücks (3) in die kugelförmige Vertiefung (11) dient.

Im Bereich seiner kolbenseitigen Austrittsöffnung ist der Federteller (4) außen mit einer zylinder­ förmigen Abstufung versehen, die zur Abstützung auf einer Feder vorgesehen ist, die als Abstufungsfeder (5) ausgebildet ist. Der Federteller (4) ist wegen seiner aufwendigen Formgebung als Kunststoffspritz­ teil ausgebildet. Er könnte allerdings auch als Metalldreh- oder Metallspritzgußteil hergestellt werden. Da der Federteller (4) in erster Linie Halte- und Führungsfunktionen zu erfüllen hat, bietet sich allerdings aus Kostengründen eine Ausbildung aus Kunststoffmaterial an. Es ist aber auch denkbar, das Druckstück und den Federteller (5) einteilig auszubilden.

Mit der zylinderförmigen Abstufung ragt der Feder­ teller (4) durch die Öffnung der Abstufungsfeder (5) hindurch. Die Abstufungsfeder (5) ist scheibenförmig ausgebildet und vom Kolbenboden (7) aus leicht nach oben gewölbt. Sie liegt deshalb mit ihrem Außenrand in einer auf dem Kolbenboden (7) befindlichen Abstufung (13) auf. Die Abstufungsfeder (5) besteht aus einem elastischen Material und verformt sich bei Einleitung einer Kraft in das Druckstück (3). Gleichzeitig überträgt sie eine Kraft auf den Ventilkolben (2), der dadurch in axialer Richtung bewegt wird. Der Ventilkolben (2) wird dabei gegen die Kraft einer Rückstellfeder (10) und der unter dem Ventilkolben stehenden Druckluft bewegt. Bei hoher Betätigungskraft entsteht solange eine Bewe­ gung des Ventilkolbens, bis dieser einen Gehäuse­ anschlag (9) erreicht. Danach wird die gesamte Betätigungskraft von der Abstufungsfeder (5) auf­ genommen, die sich solange verformt, bis sie nahezu den gesamten Raum im Kolbenboden (7) ausfüllt und das Druckstück (3) in der ersten Auflagefläche, die als kugelförmige Vertiefung (11) ausgebildet ist, zur Anlage kommt.

Das Druckstück (3), der Federteller (4) und die Abstufungsfeder (5) sind innerhalb des Steuerkolbens (2) angeordnet, der dabei zur Steuerung des nicht dargestellten Ein- und Auslaßventils unmittelbar unterhalb des Steuerkolbens dient.

Der Kolbenboden (7) ist innenseitig eben ausgebildet und verfügt in seinem Zentrum über eine erste Auflagefläche (11). Diese besteht aus einer kreis­ förmigen Erhöhung, die eine kugelförmige Vertiefung (11) enthält und gegenüber dem kugelförmigen Ab­ schluß (14) des Druckstücks (3) angeordnet ist. Die erste Auflagefläche (11) besitzt einen Zentriervor­ sprung (12), der als Rand (8), der zum Kolbenboden (7) hin konisch abfällt, ausgebildet ist. Dabei entspricht die Erhöhung der ersten Auflagefläche (11) einem bestimmten Teil des Durchmessers der kugelförmigen Vertiefung (11). Als vorteilhaft hat sich eine Erhöhung der ersten Auflagefläche (11) von etwa einem Viertel des Durchmessers der kugelförmi­ gen Vertiefung erwiesen. Den gleichen Wert besitzt auch die Tiefe der konischen Erweiterung (15) des Federtellers (4), dessen Schräge nach Überwindung der Federkraft durch den Zentriervorsprung (12) geführt wird. Dabei verfügen beide Schrägen über unterschiedliche Steigungen, um eine Flächenpressung beider Teile zu verhindern.

Die soweit beschriebene und in der Zeichnung darge­ stellte Betätigungseinrichtung arbeitet wie folgt:
Es sei angenommen, der Stößel wird wie im Fall einer Vollbremsung möglich, mit einer maximal zulässigen Betätigungskraft von 22 kN schräg in das Druckstück einwirken. Zunächst wird die Kraft vom Druckstück (3) über den Federteller (4) auf die Abstufungsfeder (5) übertragen. Diese bewegt dann den Ventilkolben, (2) unter gleichzeitiger Verformung der Abstufungs­ feder in Betätigungsrichtung. Dabei wird zunächst die Kraft der unter dem Kolben (2) stehenden Druck­ luft und der Rückstellfeder (10) überwunden und das nicht dargestellte Einlaßventil geöffnet. Der Kolben (2) wird durch die Betätigungskraft, unter ständiger Verformung der Abstufungsfeder (5), solange in Öffnungsrichtung bewegt, bis dieser gegen einen Gehäuseanschlag (9) stößt und zum Stillstand ge­ langt.

Hiernach überwindet die Betätigungskraft die Kraft der Abstufungsfeder (5), bis diese den gesamten Raum unter dem Kolben (2) ausfüllt, und der kugelförmige Abschluß (14) des Druckstücks (3) in die gleichfalls kugelförmige Vertiefung (11) der ersten Auflage­ fläche (11) eintaucht. Damit wird eine gleichmäßige Kraftverteilung innerhalb des Kolbens (2) bewirkt, die auch weitgehend unabhängig vom Betätigungswinkel des Stößels (3) ist.

Während des Eintauchvorganges trifft, bei einer schräg in das Druckstück einwirkenden Betätigungs­ kraft, die eine Seite der konischen Erweiterung (15) gegen den Zentriervorsprung (12). Dabei ist die Abstufungsfeder (5) so bemessen, daß die seitliche Auslenkung des Federtellers (4) bei maximal zulässi­ ger Betätigungskraft nur so groß sein kann, daß die konische Erweiterung (15) in jedem Fall über den Zentriervorsprung (12) gleitet. Durch die konische Ausbildung der Erweiterung (15) tritt mit zunehmen­ der Eintauchtiefe eine Zentrierung des Druckstücks (3) ein, bis der Abschluß (14) des Druckstücks (3) mittig in der Vertiefung (11) der ersten Auflage­ fläche (11) aufliegt.

Dabei liegen unabhängig vom Betätigungswinkel stets gleich große Flächenteile aufeinander, so daß stets eine etwa gleich hohe punktuelle Auflagekraft auf dem Kolbenboden (7) einwirkt. Dadurch wird eine Beschädigung des Kolbens (2), bei schräg einwirken­ den Betätigungskräften, weitgehend vermieden.

Bei einer schräg in die kugelförmige Vertiefung (11) einwirkenden Kraft, wird eine möglichst gleichmäßige Kräfteaufteilung unter anderem noch dadurch verbes­ sert, daß der Zentriervorsprung (12) zum Kolbenboden hin konisch abfällt. Eine derartige Kraftverteilung kann auch noch dadurch begünstigt werden, daß die erste Auflagefläche (11) mit einem elastischen Werkstoff beschichtet wird. Hierdurch sind dann weitgehend alle Fertigungstoleranzen der kugelför­ migen Auflageteile auszugleichen, so daß es im Bereich der Auflagestellen zu einer möglichst gleichmäßigen Flächenbelastung kommt.

Durch die Betätigung des Stößels (1) mit der maximal zulässigen Betätigungskraft, bewegt sich das Druck­ stück (3) mit dem Federteller (4) und der Abstu­ fungsfeder (5) schnell in den Ventilkolben (2) hinein. Hierdurch entsteht eine Komprimierung, der in diesem Raum befindlichen Luft. Da dies zu undefinierbaren Kräfteverhältnissen an diesem elastisch aufgehängten Gebilde führt, ist ein Druckausgleich vorgesehen. Dieser erfolgt durch Entlüftungsnute (17) in der Bohrung des Federtellers (4), so daß die Luft in den Raum mit dem geringeren Druck oberhalb des Federtellers (4) entweichen kann. Eine Beeinflussung des Kräfteverhaltens auf den Kolbenboden (7) oder auf die Abstufungsfeder (5) ist dadurch ausgeschlossen.

Claims (14)

1. Betätigungseinrichtung für ein Motorwagen- Bremsventil das folgende Merkmale umfaßt:

• a) Zur Betätigung eines Ventilkolbens oder eines entsprechenden Betätigungsgliedes ist ein Betätigungsstößel vorgesehen, der über ein Druckstück auf einer Feder abgestützt ist;
• b) die Feder ist auf dem Ventilkolben oder dem entsprechenden Betätigungsglied abgestützt;
• c) auf der der Feder zugewandten Seite weist der Ventilkolbenboden oder das entspre­ chende Betätigungsglied eine erste Aufla­ gefläche auf, auf der das Druckstück nach Überwindung der Federkraft mit einer zweiten Auflagefläche zur Anlage kommen kann;
• d) das Druckstück ist im Bereich der zweiten Auflagefläche gewölbt ausgebildet;

gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

• e) Der Ventilkolben (2) oder das entsprechen­ de Betätigungsglied ist im Bereich der ersten Auflagefläche (11) ebenfalls gewölbt ausgebildet und der zweiten Auflagefläche (14) angepaßt.

2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (3) nach außen und die erste Auflagefläche (14) nach innen gewölbt ist.

3. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Betäti­ gungsstößel (1) aufnehmende Ausnehmung des Druckstückes (3) trichterförmig ausgebildet ist und in ihrem Grunde mit einem nach außen gewölbten Abschluß (14) versehen ist.

4. Betätigungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das trichterförmige Druckstück (3) von einem Tiefziehblech gleicher oder annähernd gleicher Wandstärke gebildet wird.

5. Betätigungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Federteller (4) vorgesehen ist, der zur Aufnahme des Druckstücks (3) dient und im Ventilkolben (3) oder dem entsprechenden Betätigungsglied geführt ist und durch die Feder (5) gegenüber dem Ventilkolbenboden (7) oder dem entsprechenden Betätigungsglied abgestützt ist.

6. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Federteller (4) eine trichterförmige Öffnung zur Aufnahme des Druckstücks (3) enthält und als Metall- oder Kunststoffspritzteil ausgebildet ist.

7. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Federteller (4) auf seinem dem Ventilkolbenboden (7) oder dem entsprechenden Betätigungsglied zugewandten Seite eine konische Erweiterung (15) zur Aufnahme eines Zentriervorsprunges (12) des Ventilkolbenbodens (7) oder des entsprechenden Betätigungsgliedes aufweist.

8. Betätigungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Druckstück (3) auf seiner dem Ventilkolbenboden (7) oder dem entsprechenden Betätigungsglied zugewandten Seite eine konische Erweiterung zur Aufnahme des Zentriervorsprunges (12) des Ventilkolbenbodens (7) oder des entsprechenden Betätigungsgliedes aufweist.

9. Betätigungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zentriervorsprung (12) als zum Ventilkolbenboden (7) bzw. der entsprechen­ den Betätigungseinrichtung abfallender Rand der gewölbten ersten Auflagefläche (8) ausgebildet ist.

10. Betätigungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Auflagefläche (8) als kugelförmige Vertiefung (11) ausgebildet ist.

11. Betätigungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der die erste Auflagefläche (8) bildende Teil des Ventilkolbenbodens (7) oder des entsprechenden Betätigungsgliedes als Erhöhung des Ventilkolbenbodens (7) oder des entsprechenden Betätigungsgliedes ausgebildet ist.

12. Betätigungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Auflagefläche (11) mit einem elastischen Werkstoff beschichtet ist.

13. Betätigungseinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Federteller (4) entlang der das Druckstück (3) aufnehmenden Öffnung minde­ stens eine Entlüftungsnut (17) aufweist.