Die vorliegende Erfindung betrifft ein Membranventil mit einer Elastomermembrane zur Betätigung eines Verschlussgliedes eines Ventilsitzes, welche über eine außenradiale Dichtwulst zwischen einem Ventilgehäuse und einem Gehäusedeckel angeordnet ist und durch eine seitens Gehäusedeckel ausgeformte Steuerdruckkammer beaufschlagbar ist, welche mit einer gewölbten Stützkontur versehen ist, an der die obere Membranfläche der Elastomermembrane im geöffneten Zustand des Verschlussgliedes flächig zur Anlage kommt.

Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf ABS- oder Gleitschutzventile, welche bei pneumatisch betätigten Bremsanlagen von Fahrzeugen zum Einsatz kommen, um eine ABS- bzw. Gleitschutzfunktion zu realisieren. Derartige druckluftbetriebene Bremsanlagen werden schwerpunktmäßig bei Nutzfahrzeugen oder Schienenfahrzeugen eingesetzt, um die relativ hohen bewegten Massen effizient und sicher zu bremsen.

Aus der DE 33 45 080 Al geht ein gattungsgemäßes Membranventil hervor, welches für druckluftgebremste Fahrzeuge als Gleitschutzventil zum Einsatz kommt. Das Gleitschutzventil besteht im Wesentlichen aus einem in eine Leitungsverbindung zwischen einer Druckquelle zu einem Bremszylinder angeordneten Absperrventil, welches vorgesteuert durch eine Elastomermembran schaltbar ist. In Ventilschließrichtung wirkt ein Vorsteuerventil sowie zusätzlich die Kraft einer Schließfeder. In Ventilöffhungsrichtung wird die Elastomermembran ständig vom Druck der Druckquelle beaufschlagt, so dass eine Normal-Offen- Ventilfunktion realisiert ist. Das Gleitschutzventil ist hier als Doppelmembran ventil ausgeführt und umfasst insoweit zwei Elastomermembrane, je zum Belüften oder Entlüften des zum Bremszylinder hinführenden Arbeitsanschlusses.

LK: Jede Elastomermembran ist zwischen einem Ventilgehäuse und einem Gehäusedeckel angeordnet, wobei eine außenradiale Dichtwulst die Elastomermembrane in der Montageposition fixiert. Im geöffneten Zustand des Ventilsitzes legt sich die Elastomermembrane an eine gewölbte Stützkontur seitens des Gehäusedeckels an. Die Stützkontur bildet dabei einen Endanschlag des Verschlussgliedes für den Ventilsitz im geöffneten Zustand. Die gewölbte Stützkontur soll eine möglichst flächige Anlage der oberen Membranfläche an den Gehäusedeckel sicherstellen, damit eine gleichmäßige Unterstützung stattfindet. Eine gleichmäßige Unterstützung ist Voraussetzung dafür, dass die Elastomermembran möglichst viele Wechselbeanspruchungen unterliegende Schaltvorgänge auszuführen in der Lage ist, bis verschleißbedingt eine fortschreitende Rissbildung einsetzt, welche schließlich einen Austausch der Elastomermembrane erfordert.

Problematisch sind bei derartigen Membranventilen extreme Einsatzbedingungen, welche die Materialermüdung beschleunigen. Insbesondere sehr tiefe Temperaturen von bis zu -50°C führen zu einem vorzeitigen Verschleiß der Elastomermembrane.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein als Gleitschutzventil einsetzbares Membranventil zu schaffen, welches mit einfachen technischen Mitteln extremen Temperaturbeanspruchungen standhält.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem Membranventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die gewölbte Stützkontur des Gehäusedeckels direkt am Übergang der Dichtwulst und der Membranfläche beginnt und sich im Längsschnitt nach radial innen kantenfrei bis zum Rand einer zentralen Anschlussausnehmung für den Steuerdruck erstreckt.

Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die gewölbte Stützkontur für die Elastomermembran so geformt ist, dass sich die Elastomermembrane beim Öffnen des Ventilsitzes am Übergang des Dichtwulstes in die Membranfläche und an den weiteren Verlauf nach radial innen vorhandenen Radien krümmt, um den Offenstellungshub zu erreichen. In dieser Endlagenposition liegt die Elastomermembran schließlich in der gesamten Stützkontur des Gehäusedeckels gleichmäßig an, ohne sich dabei signifikant in Längsrichtung zu dehnen.

Dies führt zu dem Vorteil, dass die Elastomermembran während des Schaltbetriebes einer weit aus geringeren Belastung ausgesetzt ist, was insbesondere bei niedrigen Temperaturen zu einer längeren Lebensdauer führt. Da die Stützkontur für die Membranfläche bereits an der Dichtwulst anfängt, steht im Vergleich zum Stand der Technik eine größere Wirkfläche für die Steuerdruckbeaufschlagung zur Verfügung, so dass die Baugröße der Elastomermembran insgesamt verkleinert werden kann oder bei gleicher Baugröße im Vergleich zu herkömmlichen Elastomermembranen eine geringere Änderung des Steuerdrucks erforderlich ist. Hieraus folgt, das geringere Betätigungskräfte für das Schalten erforderlich sind und sich der Einsatzbereich zu tieferen Temperaturen hin erweitert. Versuche haben ergeben, dass eine hinreichende Lebensdauer bis zu einer Temperatur von -55°C erzielbar ist.

Vorzugsweise sollte die gewölbte Stützkontur, ausgehend von einer die Dichtwulst der Elastomermembran aufnehmenden ringförmigen Ausnehmung im Gehäusedeckel Radien aufweisen, die mit den entsprechenden Radien der Membran in der Lage und Maßen korrespondieren, um ein gleichmäßiges Anschmiegen der Elastomermembrane in der Offenstellung bei möglichst geringer Biegebeanspruchung zu erzielen. Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, zumindest die obere Membranfläche der Elastomermembrane mit mehreren beabstandet voneinander angeordneten noppenartigen Anformungen auszustatten. Die noppenartigen Anformungen verhindern ein Ankleben und Beschädigungen der wechselbeanspruchten Elastomermembran und dienen als zusätzliche Endanschlagdämpfung. Derartige noppenartige Anformungen können bei Bedarf auch an der unteren Membranfläche der Elastomermembrane angeordnet werden.

Weiterhin wird vorgeschlagen, die untere Membranfläche der Elastomermembrane durch eine ringartige Stützkontur im Endanschlag zu begrenzen. Die ringartige Stützkontur kann dabei vorzugsweise durch einen formschlüssig seitens des Ventilgehäuses eingelegten Stützring gebildet werden. Der Stützring wird vor der Montage der Elastomermembrane in einen korrespondierenden Randabsatz seitens des Ventilgehäuses eingelegt, und beim Anschrauben des Gehäusedeckels gemeinsam mit der Elastomermembrane verspannt, so dass eine zuverlässige Befestigung im montierten Zustand erzielt wird. Bei Demontage des Ventildeckels lässt sich der Stützring leicht entnehmen und die darunter liegende Ventilmechanik ist in einfacher Weise zugänglich.

Das auf den Ventilsitz, welcher der Elastomermembran zugeordnet ist, einwirkende Verschlussglied ist vorzugsweise stangenförmig ausgebildet. An Stelle eines stangenfÖrmigen Verschlussgliedes ist es auch möglich, dass die Elastomermembrane selbst über einen verdickten Mittelbereich direkt als Verschlussglied wirkend mit dem Ventilsitz korrespondiert. Wird jedoch ein separates, vorzugsweise stangenförmiges Verschlussglied verwendet, so wird gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme vorgeschlagen, dieses endseitig in den Mittelbereich der Elastomermembrane über einen hieran angeformten Tellerabschnitt einzuknöpfen. Gemäß einer anderen die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Elastomermembrane mit der außenradialen Dichtwulst eine statische Gehäusedichtung zwischen dem Ventilgehäuse und dem Gehäusedeckel bildet. Hierdurch kann auf eine separate Gehäusedichtung verzichtet werden. Die Ventilwulst übernimmt insofern neben der Funktion der Lagefixierung der Elastomermembrane auch die Gehäuseabdichtung.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 ein teilweise Längsschnitt im Bereich der Steuerdruckkammer eines

Gleitschutzventils des Standes der Technik, und

Figur 2 einen teilweise Längsschnitt im Bereich der Steuerdruckkammer eines

Gleitschutzventils gemäß der erfindungsgemäßen Lösung.

Gemäß Figur 1 - welche den Stand der Technik illustriert - umfasst das bekannte Membranventil ein Ventilgehäuse 1, das im Bereich der Steuerdruckkammer 2 mit einem Gehäusedeckel 3 per Schrauben 4 lösbar verbunden ist. Zwischen dem Ventilgehäuse 1 und dem Gehäusedeckel 3 ist eine Elastomermembrane 5 zur Betätigung eines hiervon angetriebenen Verschlussgliedes 6 angeordnet. Das Verschlussglied 6 betätigt den Ventilsitz 16 des Membranventils.

Die Elastomermembrane 5 verfügt über eine außenradiale Dichtwulst 7, welche in eine korrespondierende ringförmige Ausnehmung seitens des Gehäusedeckels 3 hinein ragt, um die Elastomermembrane 5 in ihrer Lage zu fixieren, sowie eine Gehäuseabdichtung zwischen Ventilgehäuse 1 und Gehäusedeckel 3 zu realisieren. Die Steuerdruckkammer 2 ist mit einer gewölbten Stützkontur 8 versehen, an die die obere Membranfläche 9 der Elastomermembrane 5 im geöffneten Zustand des Verschlussgliedes 6 zur Anlage kommt. Bei dem hier gezeigten Stand der Technik nimmt die gewölbte Stützkontur 8 nur den inneren Teil der Membranfläche 9 ein, so dass insbesondere bei tiefen Betriebstemperaturen aufgrund der Wechselbeanspruchung ein hoher Materialverschleiß eintritt.

Gemäß Figur 2 kann dies verhindert werden, in dem erfindungsgemäß eine gewölbte Stützkontur 8' des Gehäusedeckels 3' direkt am Übergang zwischen der Dichtwulst 7 und der Membranfläche 9 - also im Kantenbereich - beginnt und sich nach radial innen hin kantenfrei bis zum Rand einer zentralen Anschlussausnehmung 10 erstreckt. Die Anschlussausnehmung 10 dient dem Anschluss einer - nicht weiter dargestellten - Druckleitung zur Zuführung des Steuerdrucks für das Membranventil. Die so gewölbte Stützkontur 8' weist Mindestradien von hier ca. 5mm auf, um entlang der gesamten Anlagefläche möglichst geringe Materialbiegungen zu erzeugen. Zur verbesserten Anschlagdämpfung weist die obere Membranfläche 9 der Elastomermembrane 5 mehrere beabstandet voneinander angeordnete noppenartige Anformungen 1 1 auf. Seitens der unteren Membranfläche 12 der Elastomermembrane 5 ist eine ringartige Stützkontur 13 vorgesehen, welche an dieser Stelle durch einen formschlüssig seitens des Ventilgehäuses 1 eingelegten Stützring 14 gebildet ist. Der Stützring 14 ist ein Stanzbiegeteil aus Metallblech. Im Bereich der unteren Membranfläche 12 der Elastomermembrane 5 ist das Verschlussglied 6 über einen endseitig angeformten Tellerabschnitt 15 eingeknöpft.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugten Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welchem vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist beispielsweise auch denkbar, dass über ein solches Membranventil nicht nur ein Ventilsitz sondern mehrere Ventilsitze betätigt werden.

Bezugszeichenliste

Ventilgehäuse

Steuerdruckkammer

Gehäusedeckel

Schraube

Elastomermembrane

Verschlussglied

Dichtwulst gewölbte Stützkontur

Membranfläche

Anschlussausnehmung noppenartige Anformung untere Membranfläche

Stützkontur

Stützring

Tellerabschnitt

Ventilsitz