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Druckmittelbetätigtes Relaisventil Die Erfindung betrifft ein druckmittelbetätigtes
Relaisventil, insbesondere für die elektropneumatische Steuerung von Fahrzeug-Bremsen,
mit einer in einem Ventilgehäuse angeordneten von einem Kolben begrenzten Steuerkammer
und einem von dem-Eolben gesteuerten EinlaB- und Auslaßventil zur über wachung der
Druckmittelbeaufschlagung einer einen Anschluß für einen Druckmittelverbraucher
aufweisenden Ventilkaemer in Abhängigkeit von einem in die Steuerkammer eingespeisten
Steuerdruckes, wobei das SAlaßventil sich in einer Verbindung zur Druckmittelquelle
befindet und der Steuerdruck von einem Magneteinlaßventil und Magnetauslaßventil
überwacht ist.
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Bei elektropneumatischen Blockierschut2einrichtuqçn besteht das Problem,
daß nach Abgabe eines Signales zur Beendigung der Druckabsenkung in einem Bremszylinder
auf Grund von Ventilträgbeiten eine beachtliche Untersteuerung eintritt, die dazu
führen, daß der Bremszylinderdruck auf eine zu niedrige Druckhöhe abgesenkt wird.
Nachteilig ist hier bei der Druckverlust und der verlängerte Bremsweg auf Grund
verschenkter
Bremskraft.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein druckmittelbetätigtes Relaisventil
der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine größere Untersteuerung des Steuerdruckes
nach Abgabe des Signals "Druck halten" vermieden wird, so daß Druckverluste durch
zu weitgehende Druckabsenkung im Bremszylinder weitgehend vermieden werden und die
Bremse im wesentlichen nur soweit gelöst wird, wie es durch das Signal zur Beendigung
der Druckabsenkung vorgegeben worden ist.
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Die Erfindung löst die Aufgabe in der Weise, daß die Steuerkammer
an ein Zusatzvolumen angeschlossen ist zur Anhebung des Druckes in der Steuerkammer
nach Abgabe des Signals "Druck haltend auf eine bestimmte Druckhöhe, die abhängig
ist von einer gesteuerten Druckabsenkung des Druckes im Zusatzvolumen.
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Vorteilhafterweise wird die Druckabsenkung in dem Zusatzvolumen vom
Steuerdruck geregelt. Der Rahmen der Erfindung wird jedoch nicht verlassen, wenn
die Druckabsenkung in anderer Weise, z.B. vom Bremszylinderdruck, gesteuert wird.
Die Druckhöhe,auf die der Steuerkammerdruck angehoben wird, ist bestimmt durch den
Druck in der Steuerkammer und dem Druck im Zusatzvolumen bei Abgabe des Signals
"Druck haltend, Gemäß einer ersten Ausführung nach der Erfindung ist in einem Kanal
zur Verbindung des Zusatzvolumens mit der Steuerkammer eine Düse eingeschaltet.
Die Größe der Untersteuerung wird hier dadurch wesentlich verringert, daß der Steuerdruck
bei
Abgabe des Signals "Druck halten durch den Restdruck des Zusatzvolumens
auf eine bestimmte Druckhöhe angehoben wird. Die Steuerkammer- und Zusatzvolumendrücke
bilden somit nach Abgabe des Signals "Druck halten" einen Mischdruck, der zur Bestimmung
der Untersteuerung einstellbar ist und umso höher liegt, je grösser das Zusatzvolumen
ist. Die Untersteuerung ist umso geringer, je besser die Angleichung des Druckverlaufes
im Zusatzvolumen an den Druckabfall im Bremszylinder gelingt. Die Angleichung des
Druckverlaufes im Zusatzvolumen an den Druckabfall im Bremszylinder läßt sich durch
geeignete Wahl der Düse bei großem Zusatzvolumen leicht erreichen. Die Grenzen dieses
Zusatzvolumens sind einerseits durch den Auslaßquerschnitt des Magnetauslaßventils
bestimmt, das zur Druckabsenkung des Druckes in der Steuerkammer geöffnet ist, andererseits
sind die Grenzen des Zusatzvolumens durch den noch wirksamen Anteil am Gesamtvolumen
gegeben. Die Verhältnisse lassen sich so einstellen, daß nur eine sehr kleine Untersteuerung
erreicht wird, die nur geringfügig unter dem Bremszylinderdruck nach Abgabe des
Signals "Druck halten" liegt. In Sonderfällen kann eine bestimmte Ubersteuerung
von Interesse sein.
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Nach dem Ausführungsbeispiel wird das angestrebte Ziel dann erreicht,
wenn die Bildung des Mischdruckes möglichst schnell vor sich geht, was leicht erreicht
werden kann, wenn das Zusatzvolumen relativ groß ist.
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Um das angestrebte Ziel auch bei relativ kleinem Zusatzvolumen voll
zu erreichen, ist gemäß einer Weiterbildung nach der Erfindung in der Verbindung
zwischen dem Zusatzvolumen und der Steuerkammer ein Rückschlagventil eingeschaltet,
das bei einem
bestimmten verminderten Druck in der Steuerkammer
in Offnungsstellung geht und nach Abgabe des Signals "Druck halten" der Druckausgleich
zwischen dem Zusatzvolumen und der Steuerkammer über eine vom Magnetauslaßventil
gesteuerte, ungedrosselte Verbindung zwischen dem Zusatzvolumen und der Steuerkammer
erfolgt.
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Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, daß Druckluft aus einem
relativ Kleinen Zusatzvolumen nach einer teilweisen raschen Absenkung des Steuerdruckes
rasch in den Steuerraum eingebracht werden kann. Dabei erfolgt der Druckausgleich
zwischen dem Zusatzvolumen und dem Steuerkammerdruck nicht über eine Düse, wie bei
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel, sondern über einen ungedrosselten Kanal, Mit
dem Rückschlagventil wird nicht nur eine schnellere Mischdruckbildung durch einen
ungedüsten Querschnitt zur Steuerkammer, sondern auch eine höhere Mischdruckbildung
durch die Rückhaltewirkung des Rückschlagventils erreicht.
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Weiterhin ist es von Vorteil, den Querschnitt des Magnetauslaßventils
derart zu bestimmen, daß eine bestimmte Entlüftungssteilheit bei der Entlüftung
des aus dem Zusatzvolumen und der Steuerkammer sich ergebenden Gesamtvolumens erreicht
wird. Hierdurch wird zunächst die relativ kleine Steuerkammer über den entsprechend
groß dimensionierten Nagnetauslaßquerschnitt beim Auftreten eines Signals "Druck
halten" rasch entlüftet, wodurch schnell die erforderliche Druckdifferenz zwischen
dem Steuerdruck und dem Bremszylinderdruck erreicht wird, was zu einer sehr kleinen
Einschaltverlustzeit führt.
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Die Ausbildung des Rückschlagventils als Drosseldrückschlagventil
hat unter anderem den Vorteil, daß bei einer größeren Rückhaltewirkung eine Übersteuerung
im unteren Druckbereich klein bzw. vermieden werden kann. Statt eines Drosselrückschlagventils
kann ein vom Steuerdruck gesteuertes Rückschlagventil vorgesehen sein, dessen Rückhaltewirkung
nicht allein durch eine bestimmte Kraft einer. Rückhaltefeder sondern zusätzlich
oder allein von einem Druckmitteldruck, vorteilhafterweise vom Druck im Steuerraum
gesteuert ist. Hierzu kann das Rückschlagventil mit einem Kolben in einem vom Steuerdruck
beaufschlagten Raum verbunden sein.
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Die Erfindung ist auf die erwähnten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt.
In den schematischen Zeichnungen sind zwei Ausführungsbei spiele dargestellt. Hierin
zeigt: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgem>ßes Relaisventil mit
einer Drossel zwischen dem Zusatzvolumen und der Steuerkammer, Fig. 2 einen Querschnitt
durch ein weiteres erfindungsgemäßes Relaisventil mit einem Drosselrückschlagventil
zwischen dem Zusatzmolumen und der Steuerkammer und Fig. 3 und 4 zwei Druckdiagramme
zur Verdeutlichung der Wirkungsweise der Relaisventile nach Fig. 1 und 2.
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In Fig. 1 besteht das Relaisventil aus einem Gehäuse 1 mit einer Steuerkammer
2, die von einem Steuerkolben 7 begrenzt ist, der über einen zentralen Ansatz 4
in einer Gehäuseaus--nehmung 5 geführt ist. Der Ansatz 4 ist von einer Feder 6 belastet.
Über e-ine Bohrung 7 durch den Ansatz 4 und den Kolben, die im Beispielsfalle aus
zwei Teilen bestehen, ist der von dem Ansatz begrenzte Raum 8 in der Gehäuseausnehmuiig
5 druckentlastet.
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Der Steuerkolben 3 ist hier als Membrankolben ausgebildet.
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Die zugehörige Membran ist an ihrem verstärkten Rand 9 in Nuten zwischen
einem die Steuerkammer 2 aufnehmenden Gehäuseteil 10 und einen mittleren Gehäuseringteil
11 fest eingespannt.
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An das mittlere Gehäuseringteil 11 schließt ein Gehäuseteil 12 mit
einem Anschluß 13 zu einem nicht dargestellten Vorratsluftbehälter und einer zentralen
Öffnung 14 zur Aufnahme eines Rohreinsatzes 15 an. Der Rohreinsatz enthalt einen
inneren Rohrabschnitt 16 zur druckdichten Führung eines in Achsrichtung des Rohreinsatzes
verschieblichen, bohlen Ventilkörpers 17, der eine innere zentrale Öffnung 18 durchragt,
über die der Anschluß 13 mit einem Raum 19 verbunden ist, der einerseits von dem
Kolben 3 und andererseits von demiittleren Gehäuseringteil 11 und dem Gehäuseteil
12 begrenzt ist. Zu dem Raum 19 führt ein nicht dargestellter Anschluß zu einem
ebenfalls nicht dargestellten Bremszylinder. Der Ventilkörper 17 besitzt einen mittleren
Flanschring 20 auf den ein Dichtungsring zur Bildung einer Ventilfläche 20 aufgeknüpft
ist. Die Ventilfläche 20 bildet mit einem gehäusefesten Ventilsitz 21 ein erstes
Ventil 20, 21, das in der geschlossenen Stellung den Anschluß zum Vorratsbehälter
von dem Raum 19 in Verbindung zum Bremszylinder unterbricht. APodem Kolben 3 zugewandten
Ende des Ventilkörpers
17 ist in einer Nut ein Dichtungsring 22
eingesetzt, der eine Ventilfläche 23 für einen Ventilsitz 24 aufweist zur Bildung
eines zweiten Ventils 23, 24, das in der geöffneten Stellung den Raum 19 und damit
den angeschlossenen Bremszylinder über den hohlen Ventilkörper 17 und den Rohreinsatz
15 zur Atmosphäre entlüftet.
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Eine sich am Rohreinsatz abstützende Feder 25 greift an dem Ventilkörper
17 an und belastet diesen in Schließrichtung des Ventils 20, 21. Das Ventil 20,
21 wird bei Abschluß des Ventils 23, 24 vom Kolben 3 in Öffnungsstellung gesteuert.
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Die Steuerkammer 2 ist an einen Kanal 26 in dem Gehäuseteil 10 angeschlossen,
der an einem Kanal in einem nicht dargestellten Bauteil anschließt, das mit dem
Relaisventil zu einer Einheit verbunden werden kann und zwei Magnetventile aufnimmt
und zwar ein Magneteinlaßventil zur Belüftung der Steuerkammer mit einem Steuerdruck
und ein MagnetasuslaBventil zur Entlüftung der Steuerkammei: Durch ein z.B. von
einer Gleitschutzregelung abgegebenes Signal "Bremszylinderdruck absenken" wird
das Magnetauslaßventil geöffnet, um die Steuerkammer über den Kanal 26 und das geöffnete
IfIagnetauslaßventil zu entlüften. Das Magneteinlaßventil bleibt dabei geschlossen.
Wird das Signal "Bremszylinderdruck halten" abgegeben, so wird das Magnetauslaßventil
geschlossen. Das IWagneteinlaßventil bleibt gleichfalls geschlossen. Wird das Signal
"Bremszylinderdruck erhöhen abgegeben, so wird das Hgneteinlaßventil geöffnet, während
das Magnetauslaßventil geschlossen bleibt. Über das geöffnete HagneteinlaB-ventil
gelangt Druckluft von einem nicht dargestellten Vorratsbehälter über ein ebenfalls
nicht dargestelltes Motorwagenbremsventil in die Steuerkammer.
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tiber einen Kanal 27 im Gehäuseteil 10 ist die Steuerkammer 2 an ein
Zusatzvolumen 28 angeschlòssen. In den Xarsal 27 ist eine Düse 29 eingeschaltet.
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Wird das Magnetauslaßventil zum Zeitpunkt t1 auf Grund eines Signals
"Druck absenken" geöffnet, so würde der Druck Pst in der Steuerkammer 2 nach einer
gewissen Verzögerung längs einer im Diagramm in Fig. 3 gestrichelt dargestellten
Kurve I-abfallen, sofern das Zusatzvolumen 28 nicht vorhanden wäre. Zurn Zeitpunkt
öffnet das Ventil 23, 24 zur Entlüftung des Bremszylinders bei gleichzeitigem Abschluß
des Ventils 20, 21. Die Druckabsenkung im Eremszylinder ist in Fig. 3 durch die
kurve III dargestellt.
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Zum Zeitpunkt t3 wird ein Signal Druck halten" abgegeben.
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Bis zum Abschluß des 1gnetausIaßventils vergeht eine kurze Zeitspanne,
während der der Steuerdruck weiter abgesenkt wird, ehe sich ein konstanter Steuerdruck
einstellt. Bei Nichtvorhandensein des Zusatzvolumens würde der Bremszylinderdruck
auf einen dem konstanten Steuerdruck entsprechcndcn Druck abfallen, wie der gestrichelt
gezeichnete Teil der Kurve III darstellt.
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Eine weitere Druckabsenkung im Bremszylinder wird durch Schließen
des Ventils 23, 24 erst unterbunden, wenn Druckgleichheit auf den beiden Seiten
des Kolbens 3 herrscht.
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Die Druckdifferenz AP zwischen dem Soll-Breinszylinderdruck zum Zeitpunkt
t3 und dem erreichten Ist-Bremszylinderdruck wird hier als Untersteuerung bezeichnet.
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Es ist klar, daß-die Untersteuerung um so größer ist, je größer die
Verzögerung ist, mit der das Ventil 23, 24 nach Abgabe des Signals "Druck absenken"
öffnet und das Ventil 20, 21 schließt.
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Durch die gesteuerte Zuschaltung eines Zusatzvolumens zur Steuerkammer
kann die Untersteuerung erfindungsgemäß auf einen wesentlich geringeren Wert APt
eingestellt werden.
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Bei Entlüftung der Steuerkammer zur Absenkung des Steuerdruckes wird
Druckluft aus dem Zusatzvolumen 28 über die Düse Druck 29 der Steuerkammer 2 zugeführt,
so daß der/im Zusatzraum entlang der Kurve II gedrosselt abfällt, während der Druck
in der Steuerkammer entlang der Kurve 1 im wesentlichen ungedrosselt bleibt. Das
bedeutet, daß nach dem Signal "Druck anhalten" in der Steuerkammer ein Mischdruck
entsteht, der mit IV bezeichnet ist und höher als der Steuerdruck ohne Zuschaltung
des Zusatzvolumens ist. Auf diese Weise wird eine Untersteuerung vP' erhalten, die
wesentlich kleiner ist als die Untersteuerung vP.
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Der Bremszylinderdruck wird also auf einem höheren, dem Soll druck
zum-Zeitpunkt t3 weitgehend angepaßten Niveau gehalten, wodurch Druckluft beachtlich
gespart und die bestimmte Soll-Bremskraft zu einem einstellbar kleinen Maße unterschritten
wird.
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Die Untersteuerung zP' ist somit abhängig von dem Druck in der Steuerkammer
und dem Druck im Zusatzvolumen nach Abgabe des Signals "Druck halten".
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Fig. 2 zeigt ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Relaisventil nach
der Erfindung. Der Aufbau und die Wirkungsweise des Relaisventils entspricht weitgehend
dem Relaisventil nach Fig. 1, so daß die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen
Unterschiede beschränkt werden kann. Das Zusatzvolumen 28 ist wie in Fig. 1 über
einen Kanal 27 an die Steuerkammer 2 angeschlossen.
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In dem Kanal 27 befindet sich ein Drosselrückschlagventil 30, das
hier in schematischer Darstellung aus einerFeder besteht, die sich an festen Anschlägen
im Kanal 27 ab stützt und einen
durchbohrten Ventilkörper gegen
einen Ventilsitz im Kanal drückt.
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Das Drossel-Rückschlagventil 30 öffnet, wenn nach einer eingesteuerten
Druckabsenkung der Druck in der Steuerkammer auf einen bestimmten Wert rasch abgesenkt
worden ist, wodurch ein ungedrosselter Druckabfall aus dem Zusatzvolumen zu der
Steuerkammer stattfindet. Das Zusatzvolumen 28 ist über eine Leitung 31 und einen
Kanal 31' an einen Kanal 32 in einem an das Gehäuse 10 des Relaisventils angeflanschten
Bauteil 33 zur Aufnahme der Magnetein- und Magnetauslaßventile 34,35 angeschlossen.
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Der Kanal 32 steht außerdem mit dem Kanal 26 in Verbindung, der entsprechend
wie in dem Relaisventil nach Fig. 1, an die Stteuerkammer 2 angeschlossen ist.
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In dem Gehäuse 10 befindet sich ein dritter Kanal 36 in Verbindung
mit dem Kanal 32 in dem Bauteil 33. Zur Entlüftung der Steuerkammer 2 wird das Magnetauslaßventil
aus seiner gezeichneten einen Absperrstellung zum Abschluß eines Entlüftungskanals
36 in die andere Absperrstellung gesteuert, in der der Kanal 31 von dem Kanal 32
abgesperrt wird. Gleichzeitig ist das Magneteinlaßventil aus seiner offenen Stellung
in seine Absperrstellung gesteuert, in der der Kanal 36 von dem Kanal 32 abgesperrt
ist. Zur Belüftung der Steuer kammer wird das Magneteinlaßventil 35 geöffnet und
das Magnetaus1aßventil 34 in seiner die Entlüftungsöffnung 36 abschließenden Stellung
gebracht. Es gelangt dann Druckluft über das nicht dargestellte Motorwagenbremsventil
über die Kanäle 36, 32 und 26 in die Steuerkammer.
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Gleichzeitig findet über die Kanäle 31, 32 ein ungedrosselter Druckausgleich
mit dem Zusatzvolumen statt.
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In Fig. 4 sind die Druckkennlinien des Relaisventils nach Fig. 1 beim-Druckabsenken
und anschließenden Druckhalten nach Abgabe entsprechender Signale dargestellt.
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Wird zum Zeitpuiikt t ein Signal zum Druckabsenken des iremszylinderdruckes
abgegeben, so wird durch das Magnetauslaßventil 34 der Entlüftungskanal 36 freigegeben
und der Kanal 31 abgesperrt. Das relativ kleine Volumen der Steuerkammer wird bis
zum Zeitpunkt t2 gemäß der Kurve Ia rasch über die Kanäle 26, 32, 36 ungedrosselt
entlüftet. -Diese hierbei erreichte Druckdifferenz gegenüber dem in der Kammer 19
herrschenden Bremszylinderclruck fahrt dazu,. daß der Kolben 3 rasch anspricht und
das Ventil 23, 24 öffnet, wodurch der Bremszylinder gemäß der Kurve ITI entlüftet
wird.
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Die weitere Entlüftung der Steuerkammer bis zur Abgabe des Signals
"Druck halten" zum Zeitpunkt t3 fällt entlang der gestrichelt gezeichneten Kurve
Ib ab.
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Bei einem verminderten Druck zum Zeitpunkt t2 ist der Druck in der
Steuerkammer bereits soweit abgesenkt, daß die Rückhaltekraft des Rückschlagventils
30 überwunden wird und Druckluft aus dem Zusatzvolumen rasch und nunmehr weitgehend
ungedrosselt in die Steuerkammer 2 eingebracht wird. Der Druckverlauf im Zusatzvolumen
ist durch die Kurve II gekennzeichnet. Nach Abgabe eines Signals "Druck halten"
wird durch einen raschen Druckausgleich der Drücke im Steuerraum und dem Zusatzvolumen
über die Leitung 31, den Kanal 31', das Magnetauslaßventil 34 in der den Entlüftungskanal
36 absperrenden und die Verbindung zwischen den Eanälen 31' und 32 freigebenden
Stellung, den Kanal 32 und den anschließenden Kanal zur Steuerkammer 2 eine Untersteuerung
aP" erreicht, die noch geringer ist, als die Untersteuerung nach Fig. 3. Der hierbei
erzielte Mischdruck @@@@@@@@@@@@@@@@@ in der Steuerkammer ist mit IV bezeichnet.
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Wesentlich bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Relaisventils
ist die besondere Rückhaltewirkung des Rückschlagventils 30, wodurch ein rasches
Ansprechen des Kolbens 3 und bei relativ kleinem Zusatzvolumen eine weitgehende
Anpassung des Druckverlaufs des abgesenkten Zusatzsteuerraumdruckes an den Bremszylinderdruck
zur Erzielung einer bestimmten kleinen Untersteuerung ermöglicht. Auf diese Weise
kann eine Untersteuerung erzielt werden, die nur geringfügig niedriger ist als der
Soll-Druck im Bremszylinder zum Zeitpunkt t3 bei Abgabe des Signals
"Druck
halten". Durch die Drossel im Rückschlagventil ist bei Abgabe eines Signals "Druck
halten" zu einem Zeitpunkt, nachdem der Druck im Steuerraum bereits auf Null abgesenkt
ist, der Druck im Zusatzvolumen etwas erniedrigt, wodurch eine verringerte Übersteuerung
erzielt wird. Solche nicht vermeidbaren Ubersteuerunzen lassen sich aber ohne Schwierigkeiten
auf eine Höhe begrenzen, bei der das Ventil zur Belüftung des Bremszylinders nicht
mehr anspricht.
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Da es zum raschen Ansprechen des Ventils vorteilhaft ist zum Zeitpunkt
t2 eine relativ große Druckdifferenz zwischen dem Druck im Steuerraum und dem Druck
im Zusatzvolumen zu haben, andererseits zum Zeitpunkt t3 diese Druckdifferenz nicht
zu groß sein soll, um erforderlichenfalls eine Ubersteuerung zu vermeiden, die zum
Ansprechen des Ventils führen kann, kann das Rückschlagventil statt mit einer Drossel
über eine Kolbenstange mit einem nicht dargestellten Kolben verbunden sein, der
zur Steuerung einer druckabhängigen Rückhaltewirkung des Rückschlagventils vorteilhafterweise
vom Steuerdruck beaufschlagt ist. Auf diese Weise ließe sich die Druckabsenkung
im Zusatzvolumen in besonderer Weise steuern.
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Es ist klar, daß das Zusatzvolumen 28 in dem Gehäuse des Relaisventils
integriert sein kann. Ist eine Rückhaltewirkung gemäß der Ausführung nach Fig. 2
zum schnelleren Ansprechen des Ventils nicht erforderlich, so kann das Drosselrückschlagventil
in Fig.2 durch eine Drossel nach Fig. 1 ersetzt sein.
Vorteilhafterweise
kann in einem Durchbruch von der Leitung 37 zur Leitung 26 für eine Schnellbremsung
ein Xückschlagventil 38 vorgesehen sein.