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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung eines Druckes in
einer Druckmittelanlage gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine
derartige Anordnung ist aus der
DE 33 24 477 A1 bekannt. Die bekannte Anordnung
zur Steuerung eines Druckes weist einen Kompressor auf, der eine
Druckluftbremsanlage mit Druckluft versorgt. Der Kompressor weist
einen druckluftbetätigbaren
Steuereingang auf, über
den die Druckluftförderung
durch den Kompressor ein- bzw. ausgeschaltet werden kann, so daß eine Steuerung
des Druckes in der Druckluftbremsanlage mittels weiterer Steuerelemente,
wie z.B. Druckregler oder Governor, ermöglicht wird. Ein derartiges
Steuerelement mit der Bezeichnung Governor ist z. B. aus der
DE 32 14 713 A1 bekannt.
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Ergänzend ist
durch die
DD 23 91 68
A1 eine Anordnung zur Steuerung eines Druckes mit einer Drucksteuereinrichtung
(
4) bekannt, die einerseits über einen ersten Steuereingang
von einer Regeleinrichtung (
6) angesteuert wird, die Signale
von einem Drucksensor (
5) verarbeitet und andererseits über einen
zweiten Steuereingang (
13) von einer Kontrolleinrichtung
(
7) angesteuert wird.
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Bei
der bekannten Anordnung sind die Steuerelemente als zwei 3/2-Wegeventile
ausgebildet, die nach Art einer Reihenschaltung hintereinander geschaltet
und ausgangsseitig mit dem Steuereingang des Kompressors verbunden
sind. Hierbei ist das eine Ventil durch Druckluft und das andere
Ventil durch ein elektrisches Signal betätigbar. Das elektrische Signal
kann z. B. von einem per Hand betätigbaren Schalter oder auch
von einem elektronischen Steuergerät erzeugt werden.
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Bei
druckmittelbetätigten
Anlagen im allgemeinen und bei deren Einsatz in Bremsanlagen von Fahrzeugen
im besonderen besteht aufgrund von hohen Sicherheitsanforderungen
die Notwendigkeit, auch bei Ausfall der elektrischen Versorgung
bzw. auch bei Ausfall irgendeiner anderen Art von Steuerenergie
wenigstens eine Notversorgung der Druckmittelanlage mit dem Druckmittel
zu gewährleisten.
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Bei
der bekannten Anordnung zur Steuerung eines Druckes, bei der zwei
Ventile in Reihe miteinander verbunden sind, wird diese Forderung
dadurch erfüllt,
daß das
elektrisch betätigbare
Ventil im unbetätigten
Zustand und somit auch bei Ausfall der elektrischen Energie seinen
Ausgang öffnet
und das Druckmittel hindurchströmen
läßt, so daß das druckmittelbetätigbare
Ventil weiterhin funktionsfähig
bleibt und eine einfache Steuerung des Druckes, z. B. eine Druckbegrenzung,
ausführen
kann.
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Nachteilig
bei einer derartigen Anordnung nach Art einer Reihenschaltung ist,
daß das
elektrisch betätigbare
Ventil im unbetätigten,
d. h. stromlosen, Zustand geöffnet
sein muß,
was einen höheren
konstruktiven Aufwand und einen erschwerten Herstellungsprozeß gegenüber einem
stromlos geschlossenen Ventil bedingt. Außerdem ist es notwendig, den
Durchlaßquerschnitt
beider Ventile einander anzugleichen, was dazu führt, daß das elektrisch betätigbare
Ventil eine ebenso große
Bau größe aufweisen
muß wie
das druckmittelbetätigbare
Ventil.
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Eine
andere Möglichkeit,
auch bei Ausfall der Steuerenergie eine weitere Versorgung einer
Druckmittelanlage mit dem Druckmittel zu gewährleisten, wäre eine
Parallelschaltung von einem druckmittelbetätigbaren und einem durch eine
andere Steuerenergie, z.B. elektrische Energie, betätigbaren
Ventil. Eine solche Anordnung hätte
jedoch den Nachteil, daß die
Ausgänge
der beiden Ventile über
ein Wechselventil miteinander verbunden werden müßten. Ein derartiges zusätzliches
Bauteil soll jedoch aus Aufwandsgründen vermieden werden.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine durch eine Steuerenergie
steuerbare Anordnung zur Steuerung eines Druckes in einer Druckmittelanlage
anzugeben, bei der bei Ausfall der Steuerenergie eine gesteuerte
Versorgung der Druckmittelanlage mit dem Druckmittel weiterhin gewährleistet
ist, die zudem einfach und kompakt aufgebaut ist und aus einer möglichst
geringen Anzahl von Einzelkomponenten besteht.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung
gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die
Erfindung bezieht sich insbesondere auf Druckmittelanlagen, bei
denen die Steuerenergie zur Steuerung der Druckmittelversorgung
einerseits und das Druckmittel zur Versorgung der Druckmittelanlage
andererseits aus unterschiedlichen Quellen stammen, z. B. weil als
Steuerenergie elektrische Energie und als Druckmittel Druckluft
verwendet wird.
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Als
Steuerenergieeingang ist in den folgenden Ausführungen ein Eingang zu verstehen,
dem die Steuerenergie direkt aus einer Steuerenergiequelle oder
indirekt als Steuersignal, das beispielsweise von einer Steuereinrichtung
durch Ein- und Ausschalten der Steuerenergie erzeugt wird, zugeführt wird.
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Die
Erfindung wird vorzugsweise als elektrisch betätigbarer Governor, der bei
Ausfall der elektrischen Energie eine pneumatische Redundanz aufweist,
zur Steuerung des Druckmittelzuflusses von einem Kompressor in eine
Druckluftbremsanlage eingesetzt.
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Die
Erfindung weist eine erste druckmittelbetätigbare Drucksteuereinrichtung
und eine zweite durch eine Steuerenergie betätigbare Drucksteuereinrichtung
auf. Die erste Drucksteuereinrichtung ist mit einem ersten druckmittelbetätigbaren
Steuereingang versehen. Daher ist die erste Drucksteuereinrichtung
auch nach Ausfall der Steuerenergie funktionsfähig. Ein Vorteil der Erfindung
besteht darin, daß die
erste Drucksteuereinrichtung neben dem ersten noch einen zweiten
druckmittelbetätigbaren
Steuereingang aufweist, der mit dem Druckmittelausgang der zweiten
Drucksteuereinrichtung verbunden ist und somit von der zweiten Drucksteuereinrichtung gesteuert
werden kann. Hierdurch ist es möglich,
den Durchlaßquerschnitt
der zweiten Drucksteuereinrichtung relativ klein auszubilden. Dadurch
kann die gesamte zweite Drucksteuereinrichtung sehr kompakt aufgebaut
und somit sehr kostengünstig
hergestellt werden. Dadurch, daß die
erste Drucksteuereinrichtung druckmittelbetätigbar ist und somit auch bei Ausfall
der Steuerenergie funktionsfähig
bleibt, ist es mit geringem Aufwand möglich, eine Steuerung des Druckes
in der Druckmittelanlage auch bei Betriebsstörungen in der Steuerenergieversorgung
aufrechtzuerhalten.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Drucksteuereinrichtung
so ausgebildet, daß sie
bei Ausfall der Steuerenergie ihren Druckmitteleingang schließt und einen
weiteren Druckmittelzufluß zum
Druckmittelausgang somit unterbindet. Hierdurch kann ein einfacher
Rufbau und ein hoher Wirkungsgrad der zweiten Drucksteuereinrichtung
erreicht werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die erste und die
zweite Drucksteuereinrichtung einstückig als ein Drucksteuergerät ausgebildet,
das einen Druckmitteleingang, einen Druckmittelausgang, einen ersten
druckmittelbetätigbaren
Steuereingang und einen zweiten durch eine Steuerenergie betätigbaren
Steuereingang aufweist. Hierdurch kann ein besonders kompakter Rufbau
der Anordnung erzielt werden. Durch die aufgrund der einstückigen Ausbildung
verkürzte
Druckmittelleitung zwischen dem Druckmittelausgang der zweiten Drucksteuereinrichtung
und dem zweiten Steuereingang der ersten Drucksteuereinrichtung
werden außerdem kürzere Ansprechzeiten
der Anordnung sowie ein besseres Umschaltverhalten erzielt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die
Anordnung zur Steuerung eines Druckes einen Drucksensor auf, der
mit dem Druckmitteleingang der ersten Drucksteuereinrichtung verbunden
ist. Mittels des Drucksensors kann ein Ist-Druck sensiert und in
einem elektronischen Steuergerät
verarbeitet werden. Durch Erzeugung geeigneter Steuersignale am
Steuereingang der zweiten Drucksteuereinrichtung ist ein derartiges elektronisches
Steuergerät
dann in der Lage, den Ist-Druck einem vorgegebenen Soll-Druck anzugleichen.
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Die
Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme
von Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung sowie deren Einsatz
in einer Druckmittelanlage,
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2 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung in der Ausführungsform
nach Patentanspruch 10.
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In
den 1 und 2 werden gleiche Bezugszeichen
für einander
entsprechende Teile verwendet. Druckmittelleitungen sind mit durchgehenden
Linien und die Steuerenergie führende
Leitungen sind mit gestrichelten Linien dargestellt.
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Die
in der 1 dargestellte Druckmittelanlage weist eine Druckmittelversorgungseinrichtung (1)
auf, die aus einem Kompressor (2) und einem dem Kompressor
zugeordneten 3/2-Wegeventil (3) besteht. Der Kompressor
saugt Luft aus der Atmosphäre
an und gibt einen Druckluftstrom ab. Dieser kontinuierlich erzeugte
Druckluftstrom kann über
das Ventil (3) entweder den nachgeschalteten Elementen der
Druckmittelanlage oder der Atmosphäre zugeführt werden. Das Ventil (3)
ist mittels seines Steuereingangs (25) durch Druckluft
betätigbar.
Dieser Steuereingang (25) ist zum Anschluß an eine
Druckregeleinrichtung wie z.B. einen Governor geeignet.
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Der
Druckmittelversorgungseinrichtung (1) ist ein Lufttrockner
(4) sowie ein Rückschlagventil
(5) nachgeschaltet. An das Rückschlagventil (5)
ist ein Mehrkreisschutzventil (6) angeschlossen, an das
die einzelnen Druckmittelkreise der Druckmittelanlage, z.B. die
Betriebsbremskreise einer Druckluftbremsanlage in einem Fahrzeug,
anschließbar
sind. Diese Druckmittelkreise sind in der 1 nicht
dargestellt.
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Mit
dem Rückschlagventil
(5) bzw. dem Mehrkreisschutzventil (6) ist außerdem über die Druckmittelleitung
(27) die erfindungsgemäße Anordnung
(7) zur Steuerung eines Druckes eingangsseitig verbunden.
Die Anordnung (7) erzeugt bei Überschreitung eines Maximaldruckes
in der Druckmittelleitung (27) ein Drucksteuersignal in
der Druckmittelleitung (14), durch das das Ventil (3)
umgeschaltet wird und hierdurch der Druckluftstrom des Kompressors
(2) der Atmosphäre
zugeführt
wird. Bei Unterschreitung eines Mindestdruckes wird das Ventil (3) mittels
des von der Anordnung (7) dann erzeugten Druck steuersignales
wieder in seine ursprüngliche Stellung
zurückgeschaltet.
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Die
Anordnung (7) weist eine als 3/2-Wegeventil ausgebildete
erste Drucksteuereinrichtung (8), eine als 3/2-Wegeventil ausgebildete
zweite Drucksteuereinrichtung (9) sowie einen Drucksensor
(20) auf.
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Das
Ventil (8) weist einen Druckmitteleingang (31),
einen Druckmittelausgang (30), einen Druckmittelauslaß (32)
sowie zur Betätigung
einen ersten druckmittelbetätigbaren
Steuereingang (15), einen zweiten druckmittelbetätigbaren
Steuereingang (16) und eine Feder (17) zur Erzeugung
einer Hilfssteuerkraft auf. Der Steuereingang (15) ist über die
Druckmittelleitungen (12, 26) mit der Eingangsleitung
(27) der Anordnung (7) verbunden. Der Druckmitteleingang
(31) ist über
die Druckmittelleitungen (11, 26) mit der Eingangsleitung
(27) verbunden. Der Druckmittelausgang (30) ist über die
Druckmittelleitung (14) mit dem Steuereingang (25)
des Ventils (3) verbunden. Der Druckmittelauslaß (32)
ist direkt mit der Atmosphäre
verbunden.
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Das
Ventil (9) weist einen Druckmitteleingang (34),
einen Druckmittelausgang (33), einen Druckmittelauslaß (35)
sowie zur Betätigung
einen durch eine Steuerenergie betätigbaren Steuereingang (18)
und eine Feder (19) zur Erzeugung einer Hilfssteuerkraft
auf. Der Druckmitteleingang (34) ist über die Druckmittelleitung
(10) mit der Eingangsleitung (27) verbunden. Der
Druckmittelausgang (33) ist über die Druckmittelleitung
(13) mit dem Steuereingang (16) des Ventils (8)
verbunden.
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Der
Druckmittelauslaß (35)
ist direkt mit der Atmosphäre
verbunden.
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Der
Drucksensor (20) ist druckmittelseitig ebenfalls an die
Eingangsleitung (27) angeschlossen.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird als Steuerenergie elektrische Energie verwendet, die z. B.
aus einer hier nicht dargestellten Batterie entnommen wird.
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Der
elektrisch betätigbare
Steuereingang (18) ist über
eine elektrische Leitung (21) mit einem elektronischen
Steuergerät
(23) verbunden. Das Steuergerät (23) wird über eine
elektrische Leitung (24) mit elektrischer Energie versorgt. Über eine
Leitung (22) wird dem Steuergerät (23) ein vom Drucksensor
(20) erzeugtes druckabhängiges
elektrisches Signal zugeführt.
In Abhängigkeit
von diesem Signal und gegebenenfalls weiterer Eingangssignale erzeugt
das Steuergerät
(23) Steuersignale in der Leitung (21) zur Steuerung
des Ventils (9).
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Das
Ventil (9) ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet und kann
daher in zwei Schaltstellungen geschaltet werden. In der ersten
Schaltstellung, die in der 1 dargestellt
ist, ist der Druckmitteleingang (34) nicht mit dem Druckmittelausgang
(33) verbunden. Stattdessen ist der Druckmittelausgang
(33) mit dem Druckmittelauslaß (35) des Ventils
(9) verbunden. In dieser Schaltstellung kann das in der
Druckmittellentung (13) vorhandene Druckmittel entweichen.
In der zweiten Schaltstellung ist der Druckmitteleingang (34)
mit dem Druckmittelausgang (33) verbunden, so daß ein Druckmittelfluß zwi schen
den Druckmittelleitungen (10) und (13) erfolgen
kann.
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Zur
Steuerung der beiden Schaltstellungen weist das Ventil (9)
einen elektrisch betätigbaren Steuereingang
(18) und eine Feder (19) auf, die dem elektrisch
betätigbaren
Steuereingang (18) entgegenwirkt. Bei Anlegen eines Steuersignals
am Steuereingang (18) überwindet
die dabei entstehende Steuerkraft die Kraft der Feder (19),
so daß das
Ventil (9) in die zweite Schaltstellung geschaltet wird.
Wenn am Steuereingang (18) jedoch kein Steuersignal anliegt,
z.B. aufgrund einer Steuerfunktion des Steuergerätes (23) oder durch
Ausfall der Steuerenergie, dann bewirkt die Kraft der Feder (19)
eine Umschaltung des Ventils (9) in die erste Schaltstellung.
Daher ist das Ventil (9) so ausgebildet, daß es bei
Ausfall der Steuerenergie seinen Druckmitteleingang (34) schließt.
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Das
Ventil (8) ist ebenfalls als 3/2-Wegeventil ausgebildet
und weist daher auch zwei Schaltstellungen auf. In der in 1 dargestellten
ersten Schaltstellung ist der Druckmitteleingang (31) nicht
mit dem Druckmittelausgang (30) verbunden. Der Druckmittelausgang
(30) ist in dieser Schaltstellung mit dem Druckmittelauslaß (32)
des Ventils (8) verbunden, so daß das in der Druckmittelleitung
(14) vorhandene Druckmittel entweichen kann. In der zweiten
Schaltstellung ist der Druckmitteleingang (31) mit dem Druckmittelausgang
(30) verbunden, so daß ein Druckmittelfluß zwischen
den Druckmittelleitungen (11) und (14) erfolgen
kann.
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Die
Schaltstellungen des Ventils (8) werden von den Steuereingängen (15, 16)
sowie der Feder (17) gesteuert. Hierbei wirkt der Steuereingang
(16) dem Steuereingang (15) entgegen. Die Feder
(17) wirkt ebenfalls dem Steuereingang (15) entgegen und
unterstützt
dadurch den Steuereingang (16). Die durch die Steuereingänge (15, 16)
und die Feder (17) erzeugbaren Steuerkräfte sind so abgestimmt, daß die durch
Anlegen eines Steuersignals am Steuereingang (16) erzeugte
Steuerkraft zusammen mit der Kraft der Feder (17) die Steuerkraft
des Steuereingangs (15) überwindet und das Ventil (8)
in die erste Schaltstellung schaltet. Wenn am Steuereingang (16) kein
Steuersignal anliegt, weil das Ventil (9) in die erste
Schaltstellung geschaltet ist, und der Druck in den Druckmittelleitungen
(10, 11, 12, 26, 27)
oberhalb eines Mindestdruckes liegt, dann überwindet die vom Steuereingang
(15) erzeugte Kraft die verbleibende Gegenkraft der Feder
(17) und schaltet das Ventil (8) somit in die
zweite Schaltstellung.
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Falls
der Mindestdruck in den Druckmittelleitungen (10, 11, 12, 26, 27)
unterschritten wird, dann überwindet
wiederum die Kraft der Feder (17) die Steuerkraft des Steuereingangs
(15) auch ohne die unterstützende Steuerkraft des Steuereingangs
(16) und schaltet das Ventil (8) unabhängig vom
Schaltzustand des Ventiles (9) in die erste Schaltstellung.
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Oberhalb
des Mindestdruckes in den Druckmittelleitungen (10, 11, 12, 26, 27)
ist daher eine Steuerung des Ventils (8) und damit auch
der Druckmittelversorgungseinrichtung (1) durch das Ventil
(9) bzw. das elektroni sche Steuergerät (23) möglich. Bei Fehlen
eines Steuersignals am Steuereingang (18), z. B. aufgrund
eines Ausfalls der Steuerenergie oder einer Steuerfunktion des Steuergerätes (23),
erfolgt eine Drucksteuerung allein durch das Ventil (8), durch
dessen oben beschriebene Funktion der Druck in den Druckmittelleitungen
(10, 11, 12, 26, 27)
im Bereich des Mindestdruckes gehalten wird. Deswegen kann auch
bei Ausfall der Steuerenergie eine Überschreitung des höchsten zulässigen Druckes ebenso
wie eine Drucklosigkeit der Druckmittelanlage vermieden werden.
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Die 2 zeigt
eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anordnung
(7), bei der die erste und die zweite Drucksteuereinrichtung
(8 bzw. 9) einstückig als ein Drucksteuergerät (29)
ausgebildet sind. Das Drucksteuergerät (29) weist ebenfalls
einen Druckmitteleingang (31), einen Druckmittelausgang
(30), einen Druckmittelauslaß (32), Steuereingänge (15)
und (18) sowie eine zur Erzeugung einer Hilfssteuerkraft
dienende Feder (17) auf. Die zur Verbindung des Druckmittelausgangs
(33) des Ventils (9) mit dem druckmittelbetätigbaren
Steuereingang (16) des Ventils (8) dienende Druckmittelleitung
(13) ist in das Drucksteuergerät (29) integriert.
Bei entsprechender Auslegung des Drucksteuergerätes (29) ist es jedoch
auch möglich,
die durch den elektrisch betätigbaren
Steuereingang (18) erzeugte Steuerkraft direkt der durch
den druckmittelbetätigbaren Steuereingang
(15) erzeugten Steuerkraft entgegen wirken zu lassen. Hierdurch
kann das Drucksteuergerät
(29) besonders einfach und kompakt aufgebaut werden.