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"Anhänger-Steuerventil für Straßenfahrzeuge" Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf ein Anhänger-Steuerventil für Straßenfahrzeuge, welches mittels
eines Doppelventils die Druckbeaufschlagung einer direkten Anhängerbrems leitung
in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung des Betriebskreises des Fahrzeuges überwacht,
wobei das Doppelventil mittels eines zwei koaxial zueinander angeordnete, in einem
Gehäuse druckdicht längsverschieblich geführte Kolben umfassenden Kolbensystems
über einen mit dem Kolbensystem verbundenen Ventilstößel betätigbar ist, welches
einerseits vom Druck des Betriebsbremskreises und andererseits vom Anhängerbremsleitungsdruck
beaufschlagt ist.
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Bei einem derartigen bekannten Anhänger-Steuerventil ist der vom Betriebsbremskreis
des Fahrzeuges beaufschlagte erste Kolben mit dem das Doppelventil betätigenden
Ventilstößel kraftschlüssig verbunden, während der vom Anhängerbremsleitungsdruck
beaufschlagte zweite Kolben auf dem Ventilstößel zwischen zwei Anschlägen abgedichtet
beweglich geführt ist.
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Zwischen den beiden Kolben ist ein Gehäuseraum gebildet, welcher mit
der Außenluft verbunden ist und eine Druckfeder al niinmt, welche sich einerseits
am zweiten Kolben und andererseits
an einer sich in dem Gehäuseraum
erstreckenden Gehäuseschulter abstützt. Die Druckfeder dmickt den zweiten Kolben
bei entitifteter Anhängerbremsleitung gegen seinen dem ersten ab, Kolben gewandten
Ventilstößel festen Anschlag.
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Bei Druckbeaufschlagung des ersten Kolbens mit Betriebsbremsleitungsdruck
beim Abbremsen des Fahrzeuges wird das Doppelventil zur Druckbeaufschlagung der
Anhängerbremsleitung mittels des Ventilstößels in Öffnungsrichtung des Einlaßventils
des Doppelventils betätigt, wodurch der zweite Kolben auf der Druckfeder abgewandten
Seite ebenfalls mit Druckluft beaufschlagt wird. Diese DruckluftbeauSschlagung des
zweiten Kolbens wirkt sich dabei dann auf den Ventilstößel und damit auf das Doppelventil
in der Druckbeaufschlagung des ersten Kolbens entgegengesetzten Richtung aus, wenn
die Vorspannung der Druckfeder überwunden ist und der zweite Kolben an seinem dem
ersten Kolben zugewandten Anschlag am Ventilstößel zur Anlage kommt. Auf diese Weise
wird eine Voreilung der Druckhöhe in der AShängerbremsleitung gegenüber der in den
Betriebsbremskreis eingesteuerten Druckhöhe erreicht, die sicherstellt, daß der
Anhänger auch im gebremsten Zustand des Zugfahrzeuges gezogen und ein Auffahren
des Anhängers vermieden wird. Die Höhe der Druckvoreilung wird dabei von der Größe
der Vorspannung und der Kennlinie der Druckfeder bestimmt.
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Der wesentliche Nachteil dieses Anhänger-Steuerventils besteht
jedoch
darin, daß auf den Ventilstößel bis zum Erreichen der vollen Voreilung des Anhängerbremsleitungsdruckes
keine dem ersten Kolben entgegenwirkende Kraft ausgeübt wird, wodurch die Anhängerbremsleitung
schlagartig mit einer be stimmten Druckhöhe beaufschlagt wird und somit in diesem
Bereich eine Feinstufung des Bremsvorgenges nicht möglich ist.
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Dies führt insbesondere bei geringen Bremsstufen zu einem unerwünschten
abrupten Abbremsen des Anhängers, was sich auf die Fahrzeuginsassen zumindest unangen@hm
auswirkt und eine unnötige hohe Beanspruchung der mechanischen Anhängerkupplung
nach sich ziehte Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Anhänger-Steuerventil der vorstehend beschriebenen Art auf konstruktiv einfache
Weise derart zu gestalten, daß unter Beibehaltung der Vorteile des bekannten Anhänger-Steuerventils
dessen Nachteile behoben werden, d.h. insbesondere, daß auch im unteren Bremsbereich
bis zur Erreichung der vollen Voreilung des Anhängerbremsleitungsdruckes eine Feinstufung
der Bremswirkung des Anhängers möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der eine am
Ventilstößel befestigte Kolben auf der vom Anhängerbremsleitungsdruck beaufschlagten
Seite mit einer gegenüber seinem Außendurchmesser einen kleineren Durchmesser aufweisenden
Kolbenführung versehen ist, an welcher der andere, als
Ringkolben
ausgebildete Kolben in axialer Richtung druckdicht begrenzt verschieblich geführt
ist, wobei. der Außendurchmesser des Ringkolbens größer ist als der Durchmesser
der Kolbenführung, daß der Ringkolben zur vom Anhängerbremsleitungsdruck beaufschlagten
Seite hin abgefangen und auf der entgegengesetzten Seite von einer in einem mit
der Atmosphäre verbundenen oder durch einen gegebenenfalls lastabhängigen Steuerdruck
beaufschlagten Raum angeordneten Federelement belastet ist, welches sich andererseits
am Gehäuse abstützt, und daß wenigstens einer der beiden Kolben mit einem Anschlag
versehen ist, welcher nach Kompression des Federelementes auf dem anderen Kolben
zur Anlage kommt. Da auf diese Weise der erste Kolben und damit der Ventilstößel
vom beginn der Druckbeaufschl&1gung der Anhängerbremsleitung an mit einer der
Druckhöhe In der Anhängerbremsleitung entsprechenden Gegenkraft beaufschlagt wird,
ist der Anhänger vom Bremsbeginn bis zum Erreichen der vollen Voreilung des Anhängerbremsleitungsdruckes
gegenüber dem Betriebsbremsleitungsdruck exakt stufbar. In dieser ersten Bremsphase
hat der Ringkolben auf den Ventilstößol und damit auf das Doppelventil keinerlei
Einfluß. Erst nach Erreichen der durch das Federelement bestimmten Voreilung des
Anhängerbremsleitungsdruckes setzt der Ringkolben auf den ersten Kolben auf, worauf
das Kolbensystem als ein starrer Kolben arbeitet.
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In konstruktiver Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als
besonders
vorteilhaft erwiesen, daß der Ringkolben zur vom Anhängerbremsleitungsdruck beaufschlagten
Seite hin an einem gehäusefesten Anschlag abgefangen ist. Hierdurch wird eine besonders
spielfreie Anordnung des Kolbensystems erreicht.
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Für den Fall, daß die Größe der Voreilung unabhängig von der eingesteuerten
Bremsstufe vom Erreichen einer bestimmten Voreilung bis zur höchsten Bremsstufe
konstant bleiben soll, können die beiden Kolben des Kolbensystems gleiche Außen
durchmesser aufweisen. Vorteilhafterweise kann die Kolbenführung als Zylinderfihrung
ausgebildet sein.
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Eine besonders einfache und stufenlose Einstellung der Größe der Voreilung
des Anhängerbremsleitungsdruckes kann dadurch erreicht werden, daß der Ventilstößel
im Gehäuse drehbar gelagert und mit einem vorzugsweise selbsthemmenden Gewindeteil
versehen ist, auf welchem der erste im Gehäuse undrehbar geführte Kolben aufgeschraubt
ist und daß der Ventilstößel mit einer von außerhalb des Gehäuses zugänglichen Einrichtung
zur Drehbetätigung versehen ist. Hierdurch wird der Bederweg bis zum Aufsetzen des
Ringkolbens auf den ersten Kolben und damit die dann herrschende Federvorspannung,
welche die Grösse der Voreilung bestimmt, verändert.
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Um das erfindiuigsgemäße Anhänger-Steuerventil mit gleichem Vorteil
auch bei Zweikreisbetriebsbremsanlagen einsetzen zu
können, kann
in weiterer konstruktiver Ausgestaltung der Er findung das Gehäuse auf der vom Betriebsbremsdruck
beaufschlagten Seite des Kolbensystems mittels eines weiteren Kölbens in zwei Beaufschlagungsräume
aufgeteilt sein, von denen jeder mit einem Anschluß für einen der beiden,Betriebsbremskreise
der Zweikreisbremsanlage versehen ist, wobei sich der letztgenannte Kolben auf der
dem ersten Kolben zugewandten Seite über eine Anschlagkupplung an dem Ventilstößel
abzustützen vermag.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den weiteren
Unteransprüchen entnommen werden.
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Im folgenden ist anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführune;sbeispiel
der Erfindung ausführlich beschrieben. Die einzige Fig. zeigt ein Anhänger-Steuerventil
in schematischer Darstellung und im mittleren Längsschnitt.
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Das in einem nicht dargestellten zweikreisgebremsten Zugfahrzeug vorgesehene
Anhänger-Steuerventil umfaßt ein Gehäuse 1 in welchem ein aus zwei koaxial zueinander
angeordneten Kolben 2 und 3 bestehendes Kolbensystem druckdicht axialverschieblich
geführt ist. Das Kolbensystem 2, 3 trennt ein« Druckbeaufschlagup.raum 4 von einem
Druckbeaufschlagungsraum 5. Der Beaufschlagungsraum 4 wird andererseits von einer
Gehäusetrennwand 6 begrenzt, während der Beaufschlagungsraum 5
als
zweite Begrenzuig einen Kolben 7 aufweist, der ebenfalls im Gehäuse 1 druckdicht
axial-verschieblich geführt ist und vom Raum 5 einen weiteren DruckbeauSsehlagungaralam
8 abgrenzt. Die Beaufschlagungsräume 5 und 8 sind mit je einem Druckluftanschluß
9 bzw. 10 für zwei Betriebsbremskreise einer Zweikreisbremsanlage versehen. Der
Raum 4 weist einen Druckluftanschluß 11' für eine nicht dargestellte anhänger bremsleitung
auf.
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Der Kolben 2 ist als zum Raiun 4 hin abgesetzter Stufenkolben ausgebildet.
Der Außenmantel 11 des abgesetzten Teils des Stufenkolbens 2 dient als zylindrische
Kolbenführung für den als Ringkolben ausgebildeten zweiten Kolben 3. Der Ringkolben
3 weist als Gegenführung einen die Kolbenführung 11 und greifenden Zylinderteil
12 auf, der gleichzeitig als Anschlag zum Zusammenwirken mit dem Kolben 2 dient,
wie anschließend noch genauer beschrieben ist. In der dargestellten Stellung weist
das untere Ende des Zylinderteils 12 ei.nen bestimmten Abstand von dem sich horizontal
erstreckenden unteren Teil des Kolbens 2 auf. Zur pneumatischen Dichtung ist in
die Eolbenführung 11 ein geeigneter Dichtring 13 eingesetzt.
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Zwischen dem Kolben 2 und dem Ringkolben 3 ist ein Ringraum 14 gebildet,
der über eine Gehäusebohrung 15 mit der Atmosphäre in Verbindung steht.. In den
Ringraum 14 erstreckt sich -ein Gehäusering 19, an. welchem sich eine SchraubendruckSeder
16
abstützt, die andererseits am Ringkolben 3 anliegt und die sen in der dargestellten
Stellung gegen einen gehäusefesten Anschlag 17 drückt. Zwischen dem Gehäusering
19 und dem Eolben 2 ist eine weitere, im Vergleich zur Feder 16 jedoch schwache
Schraubendruckfeder 18 angeordnet.
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Der Kolben 2 weist eine zentrale Gewindehülse 20 auf, mittels welcher
er auf einen mit einem Gewindeabschnitt 21 versehenen Ventilstößel 22 aufgeschraubt
ist. Der Ventilstöflel 22 erstreckt sich durch die Beaufschlagungsräume 4 und 5
und durchsetzt druckdichtverschieblich den Kolben 7 wozu dieser mit einem geeigneten
Dichtring 23 versehen ist. An seinem in bezug auf die Zeichnung unteren Ende ist
der Ventilstöße]. 22 in einer Lagerhülse 24 des Gehäuses 1 drehbar und axialverschiebbar
gelagert. In die Lagerhülse 24 ist eine Dichtung 25 eingesetzt.
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Mittels eines als Anschlagkupplung dienenaen Bundes 26 stützt sich
der Ventilstößel 22 in der dargestellten Stellung über den Kolben 7 unter der Wirkung
der Kraft der Feder 18 an der Stirnfläche der Lagerhülse 24 ab. Das in der Lagerhülse
24 geführte Ende des Ventilstößels 22 ist mit einem radialen Schlitz 27 versehen,
mittels dem der unter Zuhilfenahme eines geeigneten Werkzeuges, z.B. eines Schraubenziehers,
gedreht werden kann. Durch die Drehbetätigung des Ventilstößels 22 kann der Kolben
2 längs des Ventilstößels 22 verschraubt werden, wodurch sich der Abstand zwischen
der von der Feder 18 belasteten Fläche des Kolbens 2 und dem Zylinderteil 12 des
Kolbens
3 ändert. Eine Drehung des Kolbens 2 wird dabei durch seine am Gehäuse 1 anliegende
Kolbendichtung 28 verhindert.
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Der Ventilstößel 22 ist mit einer axialen Bohrung 30 versehen, welche
an dem mit dem Schlitz 27 versehenen Ende ins Freie mündet'. Im Bereich des anderen
Endes der Bohrung 27 weist der Ventilstößel 22 eine Ventilsitz 31 auf, welcher mit
einem topfförmigen Ventilteil 32 zusammenzuwirken vermag.
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Der Ventilteil 32 liegt'in der dargestellten Stellung auf sinem Ventilsitz
33 auf, der eine Ventilbohrung 34 in der Gehäusetrennwand 6 umgibt. Die Vetilsitze
31 und 33 bilden zusamen mit dem Ventilteil 32 ein Doppelventil, wobei der Ventilsitz
31 und der Ventilteil 32 ein Auslaßventil und der Ventilsitz 33 und der Ventilteil
32 ein Einlaßventil für den Raum 4 bilden. Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen
Anhänger-Steuerventils ist folgende: Bei Einleitung eines Bremsvorganges am als
Zugfahrzeug zur einen Anhänger dienenden Fahrzeuges werden die an dieAnschlüsse
9 und 10 angeschlossenen und den beiden Betriebsbremskreisen des Fahrzeuges zugeordneten9
nicht dargestellten Druckluft leitungen entsprechend der angesteuerten Bremsstufe
mit Druckluft beaufschlagt. Unter der Voraussetzung, daß beide Betriebsbremskreize
intakt sind, stellt sich in den Ra'u men 5 und 8 dieselbe Druckhöhe ein. Auf den
Kolben 7 wirkt somit beidseitig die gleiche Druckkraft, so daß dieser Kolben
seine
dargestellte Lage beibehält. Der Kolben 2 wird dagegen in bezug auf die Zeichnung
nach oben gedrückt und nimmt dabei den Ventilstößel 22 mit Der Ventilsitz 31 legt
sich dabei zunächst an das Ventilteil 32 an und sperrt somit die Verbindung des
Raumes 4 über die Schlitze 36 und Bohrung 30 zur Atmosphäre hin ab. Anschließend
wird der Ventilteil 32 von seinem Sitz 33 abgehoben, so daß Vorratsbehälterluft
aus dem Raum 39 in den Raum 4 einströmen kann. Diese Vorratsbehälterluft beaufschlagt
den Kolben 2 in der der Druckbeauf-.
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schlagung des Raumes 5 entgegengesetzten Richtung. Da die Beaufschlagungsfläche
des Kolbens 2 im Raum 4 kleiner ist als die Beaufschlagungsfläche des Kolbens 2
im Raum 5 ist im Raum 4 ein höherer Druck notwendig, um ein Eräftegleichgewicht
am Kolben 2 herzustellen, welches eine weitere Druckluftbeaufschlagung des Raumes
4 mit Vorratsbehälterluft durch Schließen des Einlaßventils 32, 33 verhindert. In
die nicht dargestellte Anhängerbremsleitung wird somit über den Anschluß 11', eine
gegenüber der im Raum 5 und 8 und damit in den Betriebsbremskreisen des Zugfahrzeuges
herrschenden Druckhöhe größere Druckhöhe eingespeist. Die Druckhöhe in der Anhängerbremsleitung
ist dabei im selben Maße stufbar wie der Druck in den Betriebsbremskreisen, da auf
den Kolben 2 von Beginn der Druckbeaufschlagung des Raumes 4 an ein entsprechender
Gegendruck in Schließrichtung des Einlaßventils 32, 33 ausgeübt wird.
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8solange die in den Raum 4 und damit m die Anhängerbremsleitung
eingespeiste
auf die Ringfläche des Ringkolbens 3 wirkende Druckhöhe auf den Kolben 3 eine geringere
Kraft ausübt als die in entgegengesetzter Richtung auf den Kolben 3 wirkende Kraft
der Feder 16, wird der Ringkolben 3 an seinem Anschlag 17 gehalten und vermag an
den Ventilstößel 22 und damit auf das Doppelventil 31, 32, 33 keinen Einfluß auszuüben.
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Erst bei Erreichen einer bestimmten Druckhöhe im Raum 4, welche einer
bestimmten maximalen Voreilung gegenüber der Druckhöhe im Raum 5 entspricht, wird
der Ringkolben unter Zussmmendrückung der Feder 16 in bezug auf die Zeichnung nach
unten bewegt, bis er mit seinem als Anschlag dienenden Zylinderteil 12 auf dem Kolben
2 auSsetzt. Von diesem Moment an wirkt das Kolben system 2, 3 als ein starrer Kolben.
Da die Außendurchmesser des Ringkolbens 3 und des Kolbens 2 gleich groß sind erhöht
sich bei anschließender höherer Druckbeaufschlagung des Raumes 5 und damit des Raumes
4 die Voreilung der Druckhöhe im Raum 4 nicht mehr, sondern bleibt konstant.
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Zusammenfassend ist zu sagen, daß somit der Anhängerbremsleitungsdruck
auch vom Ansprechen des Doppelventils 31, 32, 33 bis zum Erreichen dqr vollen Voreilung
stufbar ist und daß nach Erreichen der vollen Voreilung deren Größe' bis zu einer
Vollbremsung konstant' bleibt.
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Wird die Druckhöhe in den Betriebsbremskreisen und damit in den Räumen
5 und 8 wieder erniedrigt, bewegt sich das Eolbensystem
2, 3 entsprechend
der Druckabsenkung unter der Wirkung der anstehenden Druckhöhe im Raum 4 in bezug
auf die Zeichnung nach unten und der Anhängerbremsleitungsdruck wird durch Offnen
das Auslaßventils 31, 32 in bekannter Weise ew';-sprechend gesenkt. Die Druckabsenkung
in der Anhängerbremsleitung ist dabei im selben Naße stufbar wie bei Druckerhöhung.
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Fällt, z.B. infolge eines Defektes, der an den Anschluß 10 angeschlossene
Betriebsbremskreis aus oder ist der Druck in dem Raum 8 niedriger als im Raum 5,
wird der Kolben. 7 unter der Wirkung des im Raum 5 herrschenden Druckes des an den
Anschluß 9 angeschlossenen intakten Betriebsbremskreises in Anlage an der Stirnfläche
der Lagerhülse 24 gehalten und das Anhänger-Steuerventil wird in vorherbeschriebener
Weise durch den Druck im Raum 5 gesteuert, ohne daß der Kolben 7 irgendeinen Einfluß
auf den Ventilstößel 22 nehmen kann.
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Bei Druckausfall in Raum 5 infolge eines Defektes des an den Anschluß
9 angeschlossenen Betriebsbremskreises wirkt der Kolben 7 unter der Wirkung des
Druckes im Raum 8 über den Anschlag 26 auf den Ventilstößel 22 und steuert somit
das Doppelventil 31, 32, 33. Dasselbe gilt bei einem im Raum 5 herrschenden niedrigeren
Druck als im Raum 8.
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Die Charakteristik des Ventils, insbesondere im Hinblick auf
die
Druckvoreilung in der Äiihängerbremsleitung bleibt somit unabhängig davon erhalten,
ob einer der beiaen an die An schlüsse 9 und 10 angeschlossenen Betriebsbremskreise
ausfällt oder ob zwischen beiden Kreisen eine Druckdifferenz besteht.
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Um auch bei Ausfall beider Betriebsbremskreise den Anhänger abbremsen
zu kö,irnen, ist das Anhänger-Steuerventil über den Anschluß 44 mit einer nicht
dargestellten, einen Federspeicherzylinder umfassenden Hilfsbremse verbunden. Durch
Absenken des normaler Weise, in der Hilfsbremse anstehenden vollen Druckes kommt
in bekannter Weise der nicht dargestellte Federspeicherzylinder zur Wirkung. Bei
einer derartigen Druckabsenkung, die sich auch im Raum LIO einstellt, bewirkt der
in bezug auf die Zeichnung unterhalb des Kolbens 38 im Raum 39 anstehende Vorratsluftbehälterdruck
eine Bewegung des Kolbens 38 entgegen der Kraft der Feder 42 nach oben. Hierdurch
kommt der Kolben 38 an dem Anschlag 45 des Ventilstössels 22 zur Anlage und betätigt
somit den Ventilstößel 22 und damit das Doppelventil in vorher beschriebener Weise.
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Der Kolben 38 und die Feder 42 bilden dabei eine Federspeichereinheit.
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Da auch in diesem Falle die Druckbeaufschlagung des Kolbens 2 bzw.
d.es Kolbens 3 eine Rückstellung des Ventilstößels 22 bewirkt bleibt die Voreilung
und die kontinuierliche Stufbarkeit
des AnhangerbremsleiQungsdruckes
wie bei Betätigung des Anhänger-Steuerventils über die beiden Betriebsbremskreise
erhalten. Hierbei kann der Ansprechdruck für den Federspeicherzylinder der Hilfsbremse
innerhalb des Ansprechens des Anhänger-Steuerventils und dem Erreichen der vollen
Voreilung variieren, ohne daß damit eine Verschlechterung des Bremsverhaltens des
gesamten Fahrzeugzuges in Kauf genommen werden müßte.
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Um bei Betätigung der }Tilfsbremse den Beginn der BremswirlnLng sowohl
am Zugfahrzeug als auch am Anhänger sychron zu halten, ist die Druckfeder 42 der
Federspeichereinheit 38, 42 so ausgelegt, daß das Anhänger-Steuerventil erst dann
anspricht, wenn im Federspeicherzylinder der Hilfsbremse der Druck so weit abgesenkt
ist, daß auch dieser anspricht.
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Die Größe der Voreilung der Druckhöhe in der Anhängerbremsleitung
kann stufenlos durch Drehung des Ventilstößels 22 mittels eines in den Schlitz 27
eingesetzten geeigneten Werkzeuges entsprechend den momentanen Erfordernissen eingestellt
werden. Durch Drehung des Ventilstößels 22 wird der Kolben 2 längs des Ventilstößels
verschraubt, wobei sich der Abstand der von der Feder 18 belasteten Fläche des Kolbens
2 von dem als Anschlag dienenden Zylinderteils 12 des Kolbens 3 und damit der bis
zum Aussetzen des Kolbens 3 auf den Kolben 2 zu überwindende Federweg der Feder
16 ändert. Da, "ie bereits
gesagt, die Größe der Kraft der Feder
16 zum Zeitpunkt des Aufsetzens des Kolbens 3 auf den Kolben. 2 die Größe der Vorei
l'm£r des Anhängerbremsleitungsdruckes bestimmt, ist somit eine besonders einfache
und exakte stufenlose Einstellmöglichlseit der nöhe der Voreilung gegeben.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß die innere und äußere Dichtung
des Kolbens 7 zur Sicherstellung einer echten Zweikreisigkeit in bekannter Weise
statt eines einfachen Dichtringes 23 bs 46 als Doppeldichtung ausgeführt sein kann.