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Druckregelventil
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(Zusatz-Patentanmeldung zu P 25 48 551.6-21) Die Erfindung betrifft
ein Druckregelventil -von Nutziahrbeugen zur Regelung des Druckes in den Luftfedern
einer Nachlaufachse oder einer zweiten Lenkachse in Abhlngigkeit vom Druck in den
Luftfedern der Triebachseoderersten Lenkachse, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Nutzfahrzeuge, welche für den Transport von sehr hohen Nutzlasten
ausgelegt sind, werden in der Regel mit drei Achsen ausgerüstet, wobei in Abhängigkeit
von den Jeweiligen Einsatzbedingungen, entweder die Vorderachse als Doppel-Lenkachse
oder/und die Hinterachse als Triebachse und als Nachlaufachse - in Sonderfällen
bei geländegängigen Fahrzeugen als Doppel-Triebachse - ausgelegt sind.
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Da vet ngats dieser Fahrzeuge die Doppelachse nicht 'rter- Höchstbelastungen
unterliegt, d.h. das Fahrzeug läuft zeitweise leer oder so leicht beladen, daß die
Belastung von einer Einzelachse aufgenommen werden könnte, liegt der Gedanke nah,
die zweite Radachse des Doppelachsaggregates zur Schonung gewichtsmäßig zu entlasten.
Dabei nimmt die Triebachse die gesamte Achslast auf, so daß eine bessere Kraftübertragung
der angetriebenen Räder zustandekommt. Bekannt sind Vorrichtungen, welche mechanisch,
hydraulisch oder pneumatisch die zweite Radachse eines Doppelachsaggregates so weit
hochliften, daß keine Straßenberührung der Räder mehr besteht.
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Eine derartige Achslifteinrichtung muß Jedoch von Fall zu Fall manuell
oder über eine Schaltvorrichtung betätigt werden. Auch ist der Mehrpreis für Fahrzeuge,
welche mit einer derartigen Liftachse ausgerüstet sind, verhältnismäßig hoch, wobei
insbesondere ein nachträglicher Einbau sehr schwierig und mit hohen Kosten verbunden
ist.
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Inzwischen setzt sich im Schwerlastwagenbau immer mehr die Luftfederung
mit Luftfederbälgen durch, wobei die Regelung des Luftfederbalgdruckes mittels eines
Regelventils in Abhängigkeit vom Beladungszustand des Fahrzeuges erfolgt. Wenn der
von diesem Druckregelventil gewichtsabhängig eingesteuerte Druck in allen Luftfedern
bälgen dieselbe Höhe erreicht, ergsben sich bei luftgefederten Fahrzeugen in bezug
auf die eingangs gemachten Ausführungen zu Doppelachsen dieselben Probleme.
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Durch die DE-OS 24 35 099 ist dagegen eine pneumatische Rege'einrichtung
bekanntgeworden, welche selbsttätig die zerteilung der Last auf die Hinterräder
dreiachsiger Fahrzeuge mit pneumatischer Federung regelt und dabei
zunächst
den Druck in den Luftfederbälgen der Antriebsachse proportional zur Fahrzeugbelastung
bis zum Erreichen der zulässigen Achslast regelt und dann beim Uberschreiten der
zulässigen Achslast den Druck in die Luftfederbälge der Nachlaufachse überströmen
läßt.
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Um Jedoch ein Springen der Nachlaufachse bei unbeladenen oder teilbeladenen
Fahrzeugen und somit leeren Luftfederbälgen zu verhindern, besteht außerdem noch
eine Leitungsverbindung zwischen der Druckluftquelle und den Luftfederbälgen der
Nachlaufachse unter Einschaltung eines Strömungsventils und eines Druckminderers,
über welche ein Gegendruck in den Luftfederbälgen aufgebaut wird, der so hoch ist,
daß eine gute Verbindung der Räder der Nachlaufachse zur Fahrbahn besteht.
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Die US-PS 30 55 678 macht ebenfalls mit einer derartigen Ventileinrichtung
bekannt, bei welcher die Luftfederung der dritten Achse erst bei einer bestimmten
Druckhöhe in der Luftfederung der zweiten Achse zu arbeiten beginnt, d.h. die Luftfederung
der dritten Achse bleibt bei unbeladenem Fahrzeug drucklos.
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Bei einer weiteren bekannten Doppelachs-Luftfederung nach der US-PS
28 64 454 dagegen kann das Druck-Verhältnis in den Luftfedern der Trieb- und Nachlaufachse
mit Hilfe einer Einstellung verändert werden, um insbesondere bei nassen und vereisten
Fahrbahnen die Fahr-und Bremseigenschaften des Fahrzeugs dem Beladungszustand angepaßt
optimal auszulegen.
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Eine durch die DE-AS 20 56 634 bekannte Luftfederungsanlage für Nutzfahrzeug-Doppelachsen
besteht aus Tragluftfedern und Hebeluftfedern, wobei das Achslastverhältnis durch
Anheben der Schleppachse mittels der Hebeluftfedern verändert wird. Außerdem dienen
der
Regslbarsreit der Druckluftverteilung Sberstrdmventile, ijKströmventile,
Rückschlagventile, Drosselventile und Druckbegrenzungsventile, was einen aufwendigen
Aufbau der Anlage zur Folge hat.
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Ausgehend von der durch die vorstehend genannte DE-OS 24 35 099 bekanntgewordenen
Ventileinrichtung ist durch die DE-AS 25 48 351 ein Druckregelventil für eine Doppelachs-Luftfederung
in Nutzfahrzeugen vorbekannt, deren Aufbau einfach ist und welche mit einfachen
Mitteln auch unbeladen eine gute Verbindung der Räder der zweiten Achse mit der
Fahrbahn herstellt, ohne daß dabei eine zusätzliche Leitungsverbindung zwischen
Druckmittelquelle und Luftfederbälgen erforderlich ist.
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Zur Erzielung der vorstehend erwähnten Vorteile wird in der älteren
Patentanmeldung gemäß DE-AS 25 48 351 ein Druckregelventil für eine Doppelachs-Luftfederung
von Nutzfahrzeugen zur Regelung des Druckes in den Luft~ federn der zweiten Radachse
in Abhängigkeit vom Druck in den Luftfedern der ersten Radachse des Doppelachsaggregates
mit einem einerseits vom Druck in den Luftfedern der ersten Radachse und andererseits
von einer Steuerfeder beaufschlagten Steuerkolben und einem mit diesem Steuerkolben
in Wirkverbindung stehenden Doppelventilkörper eines Drei-Wege-Yentils, das nur
oberhalb eines vorgegebenen Grenzdruckes in den Luftfedern der ersten Radachse eine
Strömungsverbindung zwischen den Luftfedern der ersten und der zweiten Radachse
freigibt und unterhalb dieses vorgegebenen Grenzdruckes in den Luftfedern der ersten
Radachse die Luftfedern der zweiten Radachse bis auf einen vorgegebenen Mindestdruck
entlüftet mit folgenden Merkmalen vorgeschlagen:
"Es ist ein einerseits
vom Druck in den Luftfedern der zweiten Radachse und andererseits von einer zweiten
Steuerfeder beaufschlagter, dem ersten Steuerkolben entgegenwirkender zweiter Steuerkolben
mit bei Druckgleichheit kleinerer Steuerkraft vorgesehen, der einerseits einen die
Verbindung der Luftfedern der zweiten Radachse zur Atmosphäre steuernden Ventilsitz
für den Doppelventilkörper des 3-Wegeventils trägt und andererseits diesen Doppelventilkörper
von einem die Verbindung zwischen den Luftfedern der ersten und der zweiten Radachse
steuernden gehäusefesten Ventilsitz abheben kann und der seinerseits unterhalb des
vorgegebenen Grenzdruckes in den Luftfedern der ersten Radachse gegenüber dem ersten
Steuerkolben frei beweglich ist, aber oberhalb dieses vorgegebenen Grenzdruckes
mit dem ersten Steuerkolben in Wirkverbindung kommt.
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Bei diesem Druckregelventil wird in einem bestimmten unteren Beladungsbereich
der ersten Radachse des Doppelachsaggregates ein konstanter Druck von bestimmter
Höhe in die Luftfederbälge der zweiten Radachse des Doppelachsaggregates eingesteuert.
Die Höhe dieses konstanten Druckes liegt in einem Bereich, in welchem die zweite
Radachse so gut wie unbelastet bleibt, Jedoch andererseits eine gute Verbindung
der Räder zur Fahrbahn herstellt, um zu verhindern, daß die Achse springt. Erst
beim Erreichen eines über den Belastungsbereich liegenden Belastungsbereiches steuert
das Druckregelventil den Druck der Luftfederbälge der ersten Radachse überproportional
abgestuft in die Luftfederbälge der zweiten Radachse.
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Es r:a; nach herausgestellt, daß es vorteilhaft ist, die "etionsfläche
des Steuerkolbens des vorerwähnten Druckregelventils in zwei gleich große Flächen
zu teilen, wobei die eine Fläche mit dem Luftfederbalgdruck der ersten Radachse
der rechten Fahrzeugseite und die andere Fläche vom Luftfederbalgdruck dieser ersten
Radachse der linken Fahrzeugseite beaufschlagt werden, d.h. der Steuerdruck des
Druckregelventils besteht aus einem Mittelwert der Luftfederbalgdrücke der ersten
Radachse beider Fahrzeugseiten.
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Fällt bei dieser Auslegung der Luftfederbalgdruck der ersten Radachse
auf einer der beiden Fahrreugseiten aus, so kann u. U. der gesamte Steuerdruck für
die zweite Radachse ausfallen. Es ist auch möglich, daß der ausgesteuerte Druck
bis auf den Begrenzungsdruck abfällt, der in der Regel nur ca. 0,5 bar beträgt.
Dies führt dann zum einen dazu, daß die erste Radachse stark überlastet wird und
zum anderen geht der Bremskraftanteil der zweiten Radachse verloren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte Druckregelventil
so zu verbessern, daß bei Ausfall des Luftfederbalgdruckes der einen oder der anderen
Fahrzeugseite der ersten Radachse, die vorgesehene Funktion des Druckregelventils,
d.h. die Regelung des Druckes in den Luftfederbälgen der zweiten Radachse erhalten
bleibt.
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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführte Erfindung
gelöst.
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Durch die Ausgestaltung des Steuerkolbens des beim erfindungsgemäßen
Druckregelventil verwendeten Umschaltver.vils werden bei Ausfall der Ansteuerung
einer der beiden Luftfedern über den intakten Lultfeder-Steuerkreis beide Aktionsilächen
des Steuerkolbens des Druckregelventils beaufschlagt, so daß die volle Regelfunktion
der zweiten Radachse erhalten bleibt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind
den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der
Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert werden.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Druckregelventil mit der zusätzlichen Umschaltventileinrichtung
Fig. 2 den Kennlinienverlauf des Druckregelventils Das Ventil besitzt-Anschlüsse
für den Drucklufteingang (Anschlüsse 1 und 2) von Luftfedern einer ersten Radachse
eines Doppelachsaggregates und für den Druckluftausgang (Anschluß 3) zu den Luftfedern
einer zweiten Radachse des Doppelachsaggregates. Im Gehäuseoberteil ist ein Kolben
4 angeordnet, den ein Federpaar 5, dessen Spannung mittels einer Schraube 6 einstellbar
ist, in der unteren Stellung festhält. Mit dem Kolben 4 steht ein im unteren Gehäuseteil
angeordneter Kolben 7, den eine Feder 8, deren Spannung ebenfalls mittels einer
Schraube 9 einstellbar ist, in der oberen Stellung festhält, über einen Anschlag
10 in Wirkverbindung.
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Eine unterhalb des Kolbens 4 befindliche Einlaßkammer, deren Trennung
in zwei Ringkammern 11 und 12 durch Teilung der unteren Kolbenfläche in zwei Flächen
13 und 14 erfolgt, steht mit seiner Ringkammer 12 mit einer über der Kolbenfläche
15 des Kolbens 7 angeordneten mit dem Auslaßanschluß 3 verbundenen Auslaßkammer
16 über ein von einem mit einer Feder 17 belasteten Doppelventilkörper 18 und einem
Gehäusesteg 19 gebildeten Einlaßventil 18, 19 in Verbindung, wobei der Doppelventilkörper
18 mit dem oberen Rand 20 des Kolbens 7 ein in die Atmosphäre entlüftendes Auslaßventil
18, 20 bildet.
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zWl.,5f, die Drucklufteingänge 1 und 2 und die Ringrammer 11 und 12
ist ein Steuerkolben 21, welcher aus einem oben und unten offenen, aus zwei Kolbenteilen
21a und 21b bestehenden Doppelkolben mit einem gemeinsamen Kolbenboden 21c besteht,
angeordnet, welcher in normaler Betriebsstellung über Bohrungen 22 und 23 in der
Kolbenzylinderwand des einen Kolbenteiles 21a, sowie Bohrungen 22a und 23a des Gehäuses
den Anschluß 1 mit der Ringkammer 11 und über Bohrungen 24 und 25 in der Kolbenzylinderwand
des anderen Kolbenteiles 21b, sowie Bohrungen 24a und 25a des Gehäuses den Anschluß
2 mit der Ringkammer 12 verbindet, wobei zwei gleich starke in den Hohlräumen 26a
und 26b angeordnete Federn 27a und 27b sich auf der Jeweils anderen Seite des Zylinderbodens
abstützend, die normale Betriebsstellung des Kolbens 21 sichern. Das obere Ende
28a und das untere Ende 28b des Steuerkolbens 21 bilden Anschläge des Steuerkolbens
21 am Gehäuse.
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Die Funktion des Druckregelventils ist wie folgt: ttber den Anschluß
1 strömt Druckluft von der nichtdargestellten Luftfeder einer Fahrzeugseite und
über den Anschluß 2 von der nichtdargestellten Luftfeder der anderen Fahrzeugseite
der ersten Radachse über die Bohrungen 22a, 22, Hohlraum 26a, Bohrungen 23 und 23a
in die Ringkammer 11 und über die Bohrungen 24a, 24, Hohlraum 26b, Bohrungen 25
und 25a in die Ringkammer 12 und weiter über das - durch den mittels der Feder 8
in oberer Endlage gehaltenen Kolben 7 - geöffnete Einlaßventil 18, 19 in die Auslaßkammer
16 und durch den Anschluß 3 in nichtdargestellte Luftfedern der zweiten Radachse.
Die einem bestimmten Fahrzeuggesamtgewicht entSprechenden Wert mittels der Schraube
9 eingestellte Feder 8 hält den Kolben 7 so lange in der oberen Endlage, d.h. das
Ventil 18, 19 bleibt so lange offen,
bis der Einstellwert - im
Diagramm Figur 2 mit P1 bezeichnet - überschritten wird und der Kolben 7 sich gegen
die Kraft der Feder 8 nach unten bewegt, wobei dieser Bewegung der unter Spannung
der Feder 17 stehende Doppelventilkörper 18 folgt und dabei das Ventil 18, 19 schließt.
Die Schließung des Ventils 18, 19 bewirkt, daß in einem bestimmten Gewichtsbereich
des Fahrzeuges kein weiterer Druckanstieg über Anschluß 3 in die Luftfedern der
zweiten Radachse erfolgt, bis zu dem Belastungszustand, welcher durch die Einstellung
der Federn 5 mittels der Schraube 6 - im Diagramm Figur 2 mit P2 bezeichnet - begrenzt
ist.
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Bei Erreichung der diesem Belastungsbereich entsprechenden Druckhöhe
in den Luftfedern der ersten Radachse, bewegt sich der Kolben 4 gegen die Kraft
der Feder 5 nach oben und nimmt über den Anschlag 10 den Kolben 7 mit, wodurch das
Ventil 18, 19 öffnet und den Druck zwischen den Anschlüssen 1, 2 und Anschluß 3
überproportional, entsprechend dem Verhältnis der Flächen 13, 14 und 15 abgestuft
wird.
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Bei Entlüftung, d.h. Entlastung des Beladungsgewichts wird das Gleichgewicht
der Kolben 4 und 7 gestört, beide Kolben laufen nach unten und das Auslaßventil
18, 20 öffnet abstufend über die Entlüftung 29 in die Atmosphäre, solange, bis das
Gleichgewicht entsprechend der vorgegebenen Flächenverhältnisse wieder hergestellt
ist.
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Füllt ein Kreis aus, beispielsweise am Anschluß 1, so drückt die Kraft
des intakten Kreises den Kolben 21 mit seinem oberen Rand 28a auf Anschlag, die
Bohrung 25 des unteren Kolbenteiles 21b übernimmt die Aufgabe der Bohrung 23 des
oberen Kolbenteiles 21a, wobei der untere Durchgang in die Ringkammer 12 vom Kolbenteil
21b überfahren wird und somit gleichfalls offen ist, so daß
aus
dem Entakten Kreis des Anschlusses 2 beide Pingkammern 11 und 12 mit Druckluft beaufschlagt
werden.
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Fällt die Beaufschlagung des Anschlusses 2 aus, drückt die Kraft des
intakten Kreises den Kolben 21 mit seinem unteren Rand 28b auf Anschlag, die Bohrung
23 des oberen Kolbenteiles 21a übernimmt die Aufgabe der Bohrung 25 des unteren
Kolbenteiles 21b, wobei der obere Durchgang in die Ringkammer 11 vom Kolbenteil
21a überfahren wird und somit gleichfalls offen ist, so daß aus dem intakten Kreis
des Anschlusses 1 beide Ringkammern 11 und 12 mit Druckluft beaufsch3gt werden.
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