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Zwischen Handbremsventil und Federspeicherbremszylinder einsetz-
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bares Relaisventil Die Erfindung betrifft ein zwischen Handbremsventil
und Federspeicherbremszylinder einsatzbares Relaisventil mit Druckbegrenzung, für
eine Druckluftbremsanlage von Kraftfahrzeugen mit Hilfs- und oder Feststellbremse,
mit einem in einem Gehäuse dichtend geführten Relaiskolben, der im Gehäuse eine
Steuerkammer und eine Bremskammer voneinander abteilt und mit einem Doppelventilkörper
zusammenarbeitet, der mit dem Relaiskolben ein Auslaßventil und mit einem vorspringenden
Gehäuserand ein EinlaBventil bildet, wobei für die Druckbegrenzung ein auf einer
Feder abgestützter Reaktionskolben vorgesehen ist.
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Eine Druckluftbremsanlage mit einem Relaisventil der beschriebenen
Art ist aus der DE-PS 16 05 986 bekannt. Die Hilfs- undoder Feststellbremse ist
mit einem gestuft arbeitenden Handbremsventil ausgestattet und besitzt Federspeicherbremszylinder,
die bei Entlüftung eine Bremswirkung über die Speicherfeder aussteuern.
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Derartige Federspeicherbremszylinder besitzen einen Lösedruck, der
mehr oder weniger von dem Vorratsdruck der Druckluftbeschaffungsanlage abweicht.
Um einen unnötigen Druckverlust im Vorratsbehälter zu vermeiden und das Ansprechen
der Federspeicherbremszylinder schon zu Beginn der Betätigung des Handbremsventils
zu erreichen, wird das Relaisventil mit einer Drucküber- oder -untersetzungseinrichtung
ausgestattet, wobei ein Differentialkolben Anwendung findet, der in einem festen
Verhältnis, in der Regel einem Untersetzungsverhältnis, den Vorratsdruck auf den
Lösedruck des Federspeichers untersetzt. Diese Einrichtung arbeitet schnell, weil
sie als Relaisventil ausgebildet ist. Sie besitzt allerdings den Nachteil, daß für
Federspeicher mit unterschiedlichem Lösedruck unterschiedliche dimensionierte Relaisventile
hergestellt und eingesetzt werden müssen. Außerdem besteht der Nachteil, daß bei
eine; auftretenden Druckverlust während der Fahrt in der vom Handbremsventil ausgehenden
Steuerleitung die Gefahr besteht, daß der Lösedruck
des Federspeicherbremszylinders
ungewollt unterschritten wird.
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Es wird dann eine nicht gewollte Teilbremsung ausgelöst. Aus der DE-PS
16 05 986 ist aber auch bekannt, das Relaisventil als Druckbegrenzer auszubilden,
wobei es möglich erscheint, den Druckbegrenzer selbst in Relaisbauart zu verwirklichen,
d. h. ein Relaisventil mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 und einen durchsteuernden
Druckbegrenzer aneinander zu flanschen bzw. in einem gemeinsamen Gehäuse unterzubringen.
Das Relaisventil weist dann einen Relaiskolben auf, der mit einem Doppelventilkörper
zusammenarbeitet, um ein Einlaßventil und ein Auslaßventil zu bilden. Nachgeordnet
ist im Bereich des Druckbegrenzers ein auf einer Feder abgestützter Reaktionskolben
vorgesehen, der einen zweiten Ventilkörper bedient. Der Vorteil dieses Druckbegrenzers
liegt ebenfalls in einem geringen Luftverbrauch. Nachteilig ist jedoch die aufwendige
Bauweise eines solchen Relaisventils mit Druckbegrenzung. Wird dagegen nur ein durchsteuernder
Druckbegrenzer benutzt, also ohne Relaisventil, dann ergibt sich eine vergleichsweise
langsame Betriebsbereitschaft, weil zum Lösen der Feststellbremse das entsprechende
Volumen erst aufgefüllt werden muß. Dies kann z. B. beim Losfahren vor einer Ampel
zu nachteiligen Verzögerungen führen. Außerdem werden die Bremstrommeln in diesem
Fal-3sehr stark belastet Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein RelRisventil
der eingangs beschriebenen Art in deR aufgezeigten Anwendungszusammenhang so weiterzubilden,
daß bei einfacher Bauweise die Vorteile schnelle Betriebsbereitschaft, Lufteinsparung,
Einstellbarkeit auf verschiedene Federspeicherlösedrücke erreicht werden und trotzdem
bei einem auftretenden Druckverlust in der Steuerleitung des HandbremsVentils keine
ungewollte Bremsung ausgelöst wird.
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ErfindungsgemAB wird dies dadurch erreicht, daß der Relaiskolben in
einen äußeren und einen inneren, zugleich den Reaktionskolben der Druckbegrenzung
bildenden Kolben unterteilt ist, daß beide Kolben unter Zwischenschaltung der in
ihrer Kraft einstellbaren Feder der Druckbegrenzung aneinander abgestützt sind,
und daß der Hub des äußeren Kolbens kleiner oder gleich der Summe aus dem Hub des
inneren Kolbens gegenüber dem äußeren Kolben und dem Schließweg des Auslaßventils
bemessen ist. Der Reaktionskolben des Druckbegrenzers und der Relaiskolben des Relaisventils
werden baulich miteinander vereinigt, indem ein geteilter Relaiskolben vorgesehen
ist, wobei der innere Kolben sowohl Funktionen des Relaiskolbens als auch des Reaktionskolbens
ausübt. Gleichzeitig werden damit die Ventilkörper zu einem einzigen Doppelventilkörper
zusammengefaßt, weil der Doppelventilkörper auch den Ventilkörp-er des Druckbegrenzers
bildet. Schließlich besitzt das Relaisventil auch nur eine einzige Entlüftung. Durch
die koaxiale Bauweise kann das Relaisventil sehr klein und damit platzsparend gebaut
werden, ohne daß Nachteile für seine Funktion entstehen. Durch die einstellbare
Feder läßt sich das Relaisventil auf die verschiedensten vorkommenden Lösedruck
der Federspeicherbremszylinder einstellen, so daß die Herstellung dieses einzigen
Relaisventils für alle Anwendungsfälle genügt. Die schnelle Betriebsbereitschaft
ist dadurch. gegeben, daß das Relaisventil in der Relaisbauart verwirklicht ist.
Die Lufteinsparung ergibt sich infolge der Druckbegrenzung und auch die verbesserte
Betriebssicherheit ergibt sich infolge der Druckbegrenzung, weil ein Druckverlust
in der vom Handbremsventil ausgehenden Steuerleitung nicht sofort zu einer ungewollten
Bremsung führt, sondern eine solche Bremsung erst dann ausgelöst wird, wenn der
durch die Druckbegrenzung begrenzte Druck unterschritten wird. Das neue Relaisventil
läßt sich auch besonders einfach einstellen, weil die in ihrer Kraft einstellbare
Feder bzw. dazugehörige Federauflager durch die Entlüftungsöffnung erreichbar ist.
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Es ist möglich, daß der äußere Kolben den inneren Kolben durchgehend
überspannt, und daß der Federraum zwischen den beiden Kolben über einen hohlen Fortsatz
am inneren Kolben mit der Atmosphäre verbunden ist. Die Entlüftung des Relaisventils
dient somit gleichzeitig zur Entlüftung des Federraums des Druckbegrenzers, wobei
dieser Federraum zwischen dem äußeren und inneren Kolben vorgesehen ist. Der innere
Kolben ist in dem äußeren Kolben begrenzt verschiebbar und abgedichtet geführt und
wird durch einen Sicherungsring gehalten, der gleichzeitig den Hub des inneren Kolbens
gegenüber dem äußeren Kolben begrenzt. Der hohle Fortsatz des inneren Kolbens kann
mit dem hohl ausgebildeten Doppelventilkörper das Auslaßventil bilden. Damit ergibt
sich der Vorteil, daß nur eine Entlüftungsöffnung am Relaisventil vorgesehen sein
muß.
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Am äußeren oder am inneren Kolben kann ein durch den hohlen DOppelVentilkörper
hindurch betätigbares einstellbares Federauflager vorgesehen sein, um die Kraft
der Feder leicht einstellen zu können.
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Unter dem geteilten Relaiskolben kann ein Wiegeraum gebildet sein,
der mit der Bremskammer über eine Düse in Verbindung steht. Die Abteilung erfolgt
zweckmäßig durch eine Gehäusewandung oder auch durch eine in das Gehäuse einsetzbare
Wand, in der die Düse vorgesehen ist. Die Düse hat den Zweck, daß eine Übersteuerung
am Relaisventil vermieden wird.
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Im Gehäuse kann koaxial zu dem geteilten Relaiskolben ein weiterer
Relaiskolben vorgesehen sein, der im Gehäuse eine weitere Steuerkammer abteilt;
an der einen Steuerkammer ist ein An-2lUß für die Betriebsbremse und an der anderen
Steuerkammer ein Anschluß für die Hilfs- und oder Feststellbremse vorgesehen. Die
Anschlüsse können auch vertauscht angeschlossen werden, ohne daß hierdurch die Funktion
nachteilig beeinflußt wird. Mit
einer solchen Weiterbildung wird
ein Uberlastungsschutz der Radbremse erreicht. In Verbindung mit kombinierten Federspeicherbremszylindern
führt eine nachfolgend zu einer Hilfsbremsung ausgesteuerte Betriebsbremsung dazu,
daß der Federspeicherteil des kombinierten Federspeicherbremszylinders wieder löst
und nur der Betriebsbremsteil eine entsprechend der Betriebsbremsung ausgesteuerte
Bremsung durchführt.
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Der vorspringende Rand des Einlaßventils und eine die Düse tragende
Zwischenwand können zu einem Einsatzkörper zusammengefaßt sein, dessen Verwendung
hinsichtlich der Herstellung des Relaisventils und der Montage desselben vorteilhaft
ist, Die Erfindung wird anhand dreier Ausführungsbeispiele weiter beschrieben. Es
zeigen Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das RelaisVentil mit Druckbegrenzung in
einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch das Relaisventil
mit Druckbegrenzung in einer zweiten Ausführungsform und Fig. 3 einen Vertikalschnitt
durch ein Relaisventil mit Druckbegrenzung und Überlastungsschutz.
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Das in Fig. 1 dargestellte Relaisventil besitzt ein Gehäuse 1, welches
zweckmäßig geteilt ausgebildet ist. In einem Zylinder 2 ist ein aus einem äußeren
Kolben 3 und einem inneren Kolben 4 gebildeter Relaiskolben 3, 4 verschiebbar untergebracht
und über eine Dichtung 5 abgedichtet, die gehäuseseitig eine Steuerkammer 6 von
einem Wiegeraum 7 abteilt Der innere Kolben 4 ist in dem äußeren Kolben 3 mit Hilfe
einer Dichtung 8 abgdichtet und mittels eines Sicherungsrings 9 begrenzt verschiebbar
geführt, so daß der innere Kolben 4 relativ zu dem äußeren Kolben 3 einen Hub b
zurücklegen kann. Der äußere Kolben 4 ist
um den'Hub a verschiebbar
im Gehause 1. Zwischen den beiden Kolben 3 und 4 ist eine Feder 10 in einem Federraum
11 untergebracht, die sich jeweils an einem der Kolben 3 und 4 abstützt. Der innere
Kolben 4 besitzt einen Fortsatz 12, in welchem eine Stellschraube 13 mit Hilfe eines
Gewindes verdrehbar angeordnet ist, die ein Federauflager 14 trägt, so daß auf diese
Art und Weise die Kraft der Feder 10 einstellbar ist. Da das Gewinde der Stellschraube
13 im Fortsatz 12 nicht luftdicht abdichtet, stellt das Gewinde zugleich einen Verbindungskanal
zur Atmosphäre her. Stattdessen oder zusätzlich kann der Fortsatz 12 auch noch mit
einer Bohrung 15 (Fig. 3) versehen sein, die der Entlüftung des Federraums 11 dient.
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Der innere Kolben 4 ist an einem Einsatzkörper 16 nochmals geführt,
wobei der Einsatzkörper 16 den Wiegeraum 7 von einer Bremskammer 17 abteilt. Die
Wiegekammer 7 und die Bremskammer 17 stehen jedoch über eine Düse 18 in dauernder
Verbindung. Der äußere Kolben 3 oder der innere Kolben 4 können auch von einer Rückführfeder
19 belastet sein, die entsprechend dimensioniert ist. Der Einsatzkörper 16 bildet
einen vorspringenden Rand 20, der auch gehäuseseitig ausgebildet sein könnte. In
dem Gehäuse 1 ist ein Doppelventilkörper 21 aufgehängt und auf einer Feder 22 abgestützt.
Der Doppelventilkörper 21 ist hohl ausgebildet und teilt eine Einlaßkammer 23 gehäuseseitig
ab, über die das Relaisventil mit Vorratsluft versorgt wird. Über den hohl ausgebildeten
Doppelventilkörper 21 und ein Flatterventil 24 ist die Entlüftung zur Atmosphäre
geführt. Die Einlaßkammer 23 wird über einen Anschluß 25 und eine Leitung 26 über
einen Druckluftvorratsbehältr 27 versorgt. Vom Druckluftvorratsbehälter 27 führt
andererseits eine Leitung 28 zu einem Handbremsventil 29, welches gestift und mit
eigener Entlüftung ausgebildet ist. Eine Steuerleitung 30 führt zu einem Anschluß
31 am Gehäuse 1 des Relaisventils, der in dauernder Verbindung mit der Stesexkammer
6 steht.
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Ein Anschluß 32 steht mit der Bremskammer 17 in dauernder Verbindung
und gestattet den Anschluß einer Leitung 33, die zu dem
Federspeicherteil
eines kombinierten Federspeicherbremszylinders 34 führt, der beispielsweise der
Hinterachse eines Kraftfahrzeuges zugekehrt ist. Ein Brensventil 35 wird aus zwei
Druckluftvorratsbehältern 36 und 37 zweikreisig mit Druckluft versorgt.
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Eine Leitung 38 führt zu dem Betriebsbremsteil des kombinierten Federspeicherbremszylinders
34. Eine Leitung 39 führt zu Bremszylindern 40, die der Vorderachse des Fahrzeuges
zugeordnet sein können.
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Der hohle Fortsatz 12 an dem inneren Kolben 4 bildet zusammen mit
dem Doppelventilkörper 21 das Auslaßventil 12, 21 der Fortsatz 12 endet in einer
Entfernung von dem Doppelventilkörper 21, die dem Schließweg c des Auslaßventils
12, 21 entspricht.
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Die Funktion des Relaisventils mit Druckbegrenzung ist folgende: Mit
Hilfe der Stellschraube 13 und des damit verschiebbaren Federauf lagers 14 wird
die Vorspannkraft der Feder 10 auf den Lösedruck des Federspeicherbremszylinders
34 eingestellt. Fig.
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1 zeigt die Relativlage der Teile in drucklosem Zustand. Dies bedeutet,
daß der Druckraum der Speicherfeder des Federspeicherbremszylinders 34 über die
Leitung 33, die Bremskammer 17, das geöffnete Auslaßventil 12, 21, durch den hohlen
Doppelventilkörper 21 hindurch über einen Geräuschdämpfer und ein Flatterventil
24 entlüftet. Fig. 1 zeigt die Teile in drucklosem Zustand, also bei festgebremster
Feststellbremse. Wird nun der Motor des Fahrzeuges gestartet, so wird über den nicht
dargestellten Kompressor und ein Mehrkreisschutzventil die Druckluftversorgung aufgefüllt,
d. h. es werden die Druckluftvorratsbehälter 27, 36 und 37 aufgefüllt. Über die
Leitung 26 steht somit Druckluft in der Einlaßkammer 23 an den geschlossenen EinlaB-ventilen
20, 21 an. Gleichzeitig steht Druckluft über die Leitung 28 und dem Handbremsventil
29 an. Durch Betätigen des Handbremsventils 29 wird dessen Entlüftung geschlossen
und die Druckluft über die Steuerleitung 30 in die Steuerkammer 6 geschickt, so
daß der Relaiskolben 3, 4 auf seiner Oberseite entsprechend belastet wird. Hierdurch
verschiebt sich der Relaiskolben
3, 4 nach unten, wobei zunächst
der Schließweg c des Auslaßventils 12, 21 überbrückt wird. Das Auslaßventil 12,
21 wird geschlossen und das Einlaßventil 20, 21 geöffnet, so daß Vorratsluft aus
der Einlaßkammer 23 in die Bremskammer 17 übertreten und über die Leitung 33 zu
dem Federspeicherbremszylinder 34 fließen kann. Über die Düse 18 gelangt diese Druckluft
auch in den Wiegeraum 7 und belastet somit den Relaiskolben 3, 4 auf seiner Unterseite.
Abgesehen von der relativ kleinen Wirkfläche, die von dem Fortsatz 12 des Auslaßventils
12, 21 eingeschlossen wird und der vernachlässigbaren Kraft der Rückführfeder 19,
steht die über die Leitung 33 ausgesteuerte Luft in einem Druckverhältnis von 1
: 1 zu der über die Steuerleitung 30 eingesteuerten Luft. Es ergibt sich eine Abschlußstellung,
in der sowohl das das Einlaßventil 20, 21 als auch das Auslaßventil 12, 21 geschlossen
sind. Zu diesem Zeitpunkt sei der Lösedruck des Federspeichers 34 noch nicht erreicht,
so daß auch der innere Kolben 4 noch an dem Sicherungsring 9 anliegt.
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Bei weiterer Druckerhöhung infolge Verstellung des Handbremsventils
29 steigt der Steuerdruck in der Steuerkammer 6 weiter hin an, so daß jeweils nachfolgend
sich neue Abschlußstellungen einstellen und somit auch der ausgesteuerte Druck im
Federspeicherbremszylinder 34 weiter ansteigt. Dies geschieht, bis der Lösedruck
des Federspeicherbremszylinders 34 erreicht ist. Durch die Einstellung der Feder
10 auf diesen Druck bzw. eine entsprechende Kraft reicht die von dem ausgesteuerten
Druck auf den inneren Kolben 4 einwirkende Kraft aus, um die Feder 10 zusammenzudrücken.
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Der innere Kolben 4 übernimmt dann die Funktion eines Reaktionskolbens
eines Druckbegrenzers, so daß auch bei sich weiter erhöhendem Druck in der Steuerkammer
6 kein höherer Druck zu dem Federspeicherbremszylinder 34 ausgesteuert werden kann.
Es versteht sich, daß zu diesem Zeitpunkt der äußere Kolben 3 seinen vorgesehenen
Hub a zurückgelegt hat und somit zur Anlage am Gehäuse 1 gekommen ist. Trotzdem
muß der Hub b des inneren Kolbens 4
dabei so bemessen sein, daß
der innere Kolben 4 die Schließstellung des Auslaßventils 12, 21 bei einer Abschlußstellung
einnehmen kann. Der Hub a des äußeren Kolbens 4 im Gehäuse 1 muß kleiner oder allenfalls
gleich der Summe aus dem Hub b des inneren Kolbens 4 gegenüber dem äußeren Kolben
3 und dem Schließweg c des Auslaßventils 12, 21 sein, damit jederzeit eine Abschlußstellung
möglich ist und der Fall nicht eintreten kann, daß bei geöffnetem Einlaßventil das
Auslaßventil auf Dauer geschlossen bleibt. Andererseits muß sichergestellt sein,
daß bei einem Druckaufbau in der Bremskammer 17 infolge von Undichtigkeiten am Einlaßventil
oder im Bereich der Dichtung 5 des Kolbens 3 das Auslaßventil 12, 21 noch öffnen
kann.
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Das Relaisventil mit Druckbegrenzung der Fig. 2 unterscheidet sich
nur geringfügig von dem Relaisventil der Fig. 1. Es fehlt ein Einsatzkörper 16.
Die Düse 18 ist im Gehäuse 1 vorgesehen und der vorspringende Gehäuserand 20 ist
direkt aus dem Gehäuse 1 gebildet. Das Federauflager 14 liegt nicht an dem Kolben
4, sondern an dem Kolben 3 an. Der Fortsatz 12 ist hohl durchbrochen, so daß die
Stellschraube 13 durch den hohlen Doppelventilkörper 21 hindurch mit Hilfe eines
Verdrehwerkzeuges leicht ergriffen und verstellt werden kann.
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Fig. 3 zeigt ein Relaisventil ähnlich demjenigen in Fig. 1, jedoch
mit Überlastungsschutz. Zu diesem Zweck ist oberhalb des Relaiskolbens 3, 4 in dem
Zylinder 2, also mit gleichem Durchmesser ein mit einer Dichtung 39 versehener weiterer
Relaiskolben 40 vorgesehen, der eine weitere Steuerkammer 41 im Gehäuse abteilt,
während er andererseits die Begrenzung der Steuerkammer 6 zwischen den beiden Relaiskolben
3, 4 und 40 bildet. Die weitere Steuerkammer 41 steht mit einem Anschluß 42 in Verbindung,
von der eine Leitung 43 zu dem Bremsventil 35 führt. Das Bremsventil 35, welches
der Betriebsbremse zugeordnet ist, ist somit über ihre eine Steuerleitung mit der
weiteren Steuerkammer 41 verbunden,
während das Handbremsventil
29 über die Steuerleitung 30 mit der Steuerkammer 6 in Verbindung steht. Auch der
vertauschte Anschluß ist ohne Nachteil für die Funktion möglich. Es wird ein Uberlastungsschutz
in dem folgenden Sinne erreicht: Bei einer über das Handbremsventil 29 eingeleiteten
Hilfsbremsung, also einer Entlüftung der Speicherräume der Speicherfedern der Federspeicherbremszylinder
34 wird eine entsprechende Bremsung an der Hinterachse ausgesteuert. Wird dabei
zusätzlich die Betriebsbremse über das Bremsventil 35 betätigt, so wird über die
Leitung 38 und en Betriebsbremsteil des kombinierten Federspeicherbremszylinders
34 ein entsprechender Bremsdruck ausgesteuert, gleichzeitig erfolgt jedoch über
die Leitung 43 eine Beaufschlagung der weiteren Steuerkammer 41, so daß der weitere
Relaiskolben 40 zusammen mit dem Relaiskolben 3, 4 nach unten verschoben wird, so
daß das Auslaßventil 12, 21 wieder geschlossen und das Einlaßventil 20, 21 wieder
geöffnet wird.
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Damit wird die Speicherfeder des Federspeicherteils des kombinierten
Federspeicherbremszylinders 34 wieder gespannt, so daß eine Addition der Bremskräfte
an der Radbremse nicht eintritt.
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Bezugszeichenliste: 1 = Gehäuse 2 = Zylinder 3 = äußerer Kolben 4
= innerer Kolben 5 = Dichtung 6 = Steuerkammer 7 = Wiegeraum 8 = Dichtung 9 = Sicherungsring
10 = Feder 11 = Federraum 12 = Fortsatz 13 = Stellschraube 14 = Federauflager 15
= Bohrung 16 = Einsatzkörper 17 = Bremskammer 18 = Düse 19 = Rückführfeder 20 =
vorspringender Rand 21 = Doppelventilkörper 22 = Feder 23 = Einlaßkammer 24 = Flatterventil
25 = Anschluß 26 = Leitung 27 = Druckluftvorratsbehälter 28 = Leitung 29 = Handbremsventil
30 = Steuerleitung 31 = Anschluß 32 = Anschluß 33 = Leitung 34 = Federspeicherbremszylinder
35 = Bremsventil 36 = Druckluftvorratsbehälter 37 = Druckluftvorratsbehälter 38
= Leitung 39 = Dichtung 40 = weiterer Relaiskolben 41 = Steuerkammer 42 = Anschluß
43 = Leitung
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