DE10063277A1 - Ventileinrichtung für eine hydraulische Anlage - Google Patents

Abstract

Es wird eine Ventileinrichtung für eine hydraulische Anlage vorgeschlagen, die ein unter Druck stehendes Fluid für einen hydraulischen Verbraucher in einem hydraulischen Speicher bereithält, der von einer Pumpe nachgeladen wird, die das Fluid einem Druckmittelvorratsbehälter entnimmt, wobei zwischen der Pumpe und dem Speicher ein zum Speicher hin öffnendes Rückschlagventil vorgesehen ist und wobei an einen ersten Anschluß der Ventileinrichtung der Speicher, an einen zweiten Anschluß die Pumpe und an einen dritten Anschluß der Druckmittelvorratsbehälter angeschlossen sind. DOLLAR A Um eine besonders vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der Ventileinrichtung vorzuschlagen, sieht die Erfindung vor, daß die Ventileinrichtung (5) ein Gehäuse (10) aufweist, in dem ein hydraulischer Stufenkolben (9) verschiebbar angeordnet ist, dessen größere Stirnfläche (12) mit dem im Speicher (1) herrschenden Druck und dessen kleinere Stirnfläche (13) mit dem Druckniveau des Druckmittelvorratsbehälters (3) beaufschlagbar ist und der einen Ringraum (26) begrenzt, der mit dem von der Pumpe (4) aufgebrachten Druck beaufschlagbar ist, wobei zwischen dem zweiten (7) und dem dritten Anschluß (8) eine durch eine Ventilanordnung (18) freigebbare Verbindung (16, 17) vorgesehen ist und wobei die Ventilanordnung (18) durch die Bewegung des Stufenkolbens (9) betätigbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung für eine hydraulische Anlage, die ein unter Druck stehendes Fluid für einen hydraulischen Verbraucher in einem hydraulischen Speicher bereit hält, der von einer Pumpe nachgeladen wird, die das Fluid einem Druckmittelvorratsbehälter entnimmt, wobei zwischen der Pumpe und dem Speicher ein zum Speicher hin öffnendes Rückschlagventil vorgesehen ist und wobei an einen ersten Anschluß der Ventileinrichtung der Speicher, an einen zweiten Anschluß die Pumpe und an einen dritten Anschluß der Druckmittelvorratsbehälter angeschlossen sind.

Eine derartige Ventileinrichtung ist z. B. aus der internationalen Patentanmeldung WO 97/10980 bekannt. Die vorbekannte Ventileinrichtung findet dabei Verwendung bei einer hydraulischen Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges, bei der der vorhin erwähnte hydraulische Verbraucher durch die Fahrzeugbremsen gebildet ist. Der erwähnten Veröffentlichung ist jedoch kein Hinweis auf die konkrete konstruktive Ausführung der Ventileinrichtung zu entnehmen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der Ventileinrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die eine besonders günstige Energiebilanz der hydraulischen Anlage, insbesondere einen nahezu drucklosen Betrieb der Pumpe für den Fall ermöglicht, in dem kein Nachladen des Speichers benötigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ventileinrichtung ein Gehäuse aufweist, in dem ein hydraulischer Stufenkolben verschiebbar angeordnet ist, dessen größere Stirnfläche mit dem im Speicher herrschenden Druck und dessen kleinere Stirnfläche mit dem Druckniveau des Druckmittelvorratsbehälters beaufschlagbar ist und der einen Ringraum begrenzt, der mit dem von der Pumpe aufgebrachten Druck beaufschlagbar ist, wobei zwischen dem zweiten und dem dritten Anschluß eine durch eine Ventilanordnung freigebbare Verbindung vorgesehen ist und wobei die Ventilanordnung durch die Bewegung des Stufenkolbens betätigbar ist. Durch diese Maßnahmen wird bewirkt, daß beim Erreichen eines durch Konstruktionsparameter vorgegebenen Speicherdrucks die Ventileinrichtung eine hydraulische Verbindung von . ihrem zweiten zu ihrem dritten Anschluß herstellt. Dadurch wird der Förderdruck der Pumpe auf das Druckniveau des Druckmittelvorratsbehälters gesenkt. Dies ermöglicht ein Weiterlaufen der Pumpe fast ohne Leistungsbedarf, mit minimaler Geräuschentwicklung und minimalen mechanischen Beanspruchungen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist eine Feder vorgesehen, die dem auf den Stufenkolben wirkenden, im Speicher herrschenden Druck entgegenwirkt. Die Kraft dieser Feder bestimmt, bei welchem Speicherdruck die Ventileinrichtung vom Nachladen des Speichers auf ein druckloses Weiterlaufen der Pumpe umschaltet.

Eine andere vorteilhafte Ausführung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß die Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Anschluß im Stufenkolben ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme wird ein vom Verfahrweg des Stufenkolbens und damit vom Speicherdruck gesteuertes Öffnen der Verbindung bewirkt.

Eine besonders kompakte Bauform wird bei der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung dadurch erreicht, daß die Verbindung im wesentlichen als eine Stufenbohrung ausgeführt ist, deren Abschnitt kleineren Durchmessers einen Ventilkörper der Ventilanordnung im Stufenkolben führt. Die Ventilanordnung ist vorzugsweise als ein Sitzventil ausgebildet, wobei der Abschnitt größeren Durchmessers dabei der Aufnahme einer einen Schließkörper der Ventilanordnung vorspannenden Ventilfeder dient, während im Übergangsbereich ein Ventilsitz ausgebildet ist. Der Bereich des kleineren Durchmessers dient schließlich der Aufnahme eines Betätigungsschaftes des Schließkörpers. Die von der vorhin erwähnten Ventilfeder aufgebrachte Vorspannung bewirkt ein sicheres Schließen der Ventilanordnung beim Laden des Speichers durch die Pumpe.

Dabei ist es besonders sinnvoll, wenn der Schließkörper im Sinne der Freigabe der Verbindung mit einem im Gehäuse ausgebildeten Anschlag zusammenwirkt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Realisierung der für die vorgesehene Funktion benötigten, vom Verfahrweg des Stufenkolbens gesteuerten Umschaltung der Ventilanordnung.

Eine besonders kostengünstig herstellbare Variante des Erfindungsgegenstandes zeichnet sich dadurch aus, daß das Rückschlagventil im Gehäuse integriert ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Rückschlagventil durch eine Dichtmanschette gebildet ist, die auf dem Abschnitt größeren Durchmessers des Stufenkolbens angeordnet ist.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer hydraulischen Anlage, bei der die erfindungsgemäße Ventileinrichtung im Schnitt in der Ruhestellung dargestellt ist,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, in der sich die Ventileinrichtung in einer Teil-Betätigungsstellung befindet, und

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, in der sich die Ventileinrichtung in einer Betätigungsstellung befindet, in der die Pumpe das Fluid drucklos in den Druckmittelvorratsbehälter fördert.

Die in der Zeichnung stark vereinfacht dargestellte hydraulische Anlage besteht im wesentlichen aus einem Speicher 1, einem an den Speicher 1 angeschlossenen, lediglich schematisch angedeuteten hydraulischen Verbraucher 2, einem Druckmittelvorrats­ behälter 3, einer hydraulischen Pumpe 4 sowie einer Ventileinrichtung, die mit dem Bezugszeichen 5 versehen ist. Ein Gehäuse 10 der Ventileinrichtung 5 weist drei Anschlüsse 6, 7 und 8 auf, wobei an den ersten Anschluß 6 der Druckspeicher 1, an den zweiten Anschluß 7 die Druckseite der Pumpe 4 und an den dritten Anschluß 8 der Druckmittelvorratsbehälter 3 angeschlossen sind. Im Gehäuse 10 ist eine Stufenbohrung 11 ausgebildet, in der ein Stufenkolben 9 verschiebbar angeordnet ist.

Der Stufenkolben 9 weist an seinen Enden eine erste Stirnfläche 12 größeren Durchmessers sowie eine zweite Stirnfläche 13 kleineren Durchmessers auf, wobei die erste Stirnfläche 12 mit dem vom Speicher 1 aufgebrachten Druck beaufschlagt wird. Da die zweite Stirnfläche 13 von einer Feder 14 druckbeaufschlagt wird, ist der Stufenkolben 9 in der Zeichnung normalerweise nach oben vorgespannt, wobei das der Feder 14 entgegengesetzt angeordnete Ende des Stufenkolbens 9 an der Innenwandung des Gehäuses 10 anstößt. Im Abschnitt größeren Durchmessers des Stufenkolbens 9 ist eine Dichtmanschette 15 angeordnet, die ein zum Speicher 1 hin öffnendes Rückschlagventil bildet. Im Abschnitt geringeren Durchmessers des Stufenkolbens 9 ist eine weitere Dichtmanschette 27 angeordnet, die zusammen mit der ersten Dichtmanschette 15 einen Ringraum 26 abdichtet, der mit dem der Pumpe 4 zugeordneten zweiten Anschluß 7 in Verbindung steht.

Wie der Zeichnung weiter zu entnehmen ist, ist zwischen dem Ringraum 26 und dem dem Druckmittelvorratsbehälter 3 zugeordneten dritten Anschluß 8 eine hydraulische Verbindung 16, 17 vorgesehen, die in der in Fig. 1 gezeigten inaktiven Stellung der Ventileinrichtung 5 mittels einer Ventilanordnung abgesperrt wird, die vorzugsweise als ein Sitzventil ausgeführt ist und das Bezugszeichen 18 trägt. Dabei sind sowohl die Verbindung 16, 17 als auch die Ventilanordnung 18 im Stufenkolben 9 derart ausgebildet, daß die Verbindung 16, 17 im wesentlichen als eine Stufenbohrung ausgeführt ist, deren Abschnitt 17 kleineren Durchmessers einen Ventilkörper 20 führt, der derart ausgelegt ist, daß es sich mit einem Ende in einen die vorhin erwähnte Feder 14 aufnehmenden Raum 24 im Gehäuse 10 hinein erstreckt und sein anderes Ende 19 nach unten aus dem Stufenkolben 9 herausragt. Weiterhin verfügt der Ventilkörper 20 über einen als Schließkörper 21 ausgebildeten Abschnitt, der vermöge der Vorspannung einer Ventilfeder 22, mit einem im Übergangsbereich der Stufenbohrung 16, 17 ausgebildeten Dichtsitz 23 zusammenwirkt.

Die Funktionsweise der in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Ventileinrichtung wird nun im nachfolgenden Text erläutert.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausgangsstellung stützt sich der Stufenkolben 9 mittels eines vorzugsweise in der Mitte der ersten Stirnfläche 12 ausgebildeten Vorsprungs 25 an der Innenwandung des Gehäuses 10 ab. Beim Einschalten der Pumpe 4 fördert diese das aus dem Druckmittelvorratsbehälter 3 angesaugte Fluid über die Dichtmanschette 15 und füllt damit den Speicher 1. Der Füll- bzw. Ladevorgang des Speichers 1 dauert so lange, bis ein Solldruckwert erreicht ist, wobei die erste Stirnfläche 12 des Stufenkolbens 9 und die Kraft der vorhin erwähnten Feder 14 derart aufeinander abgestimmt sind, daß sich der Stufenkolben 9 beim Erreichen des Solldruckwertes von seinem Anschlag am Gehäuse 10 nach unten weg bewegt. Wie insbesondere Fig. 2 zu entnehmen ist, bleibt die hydraulische Verbindung 16, 17 zwischen den Anschlüssen 7, 8 während dieser anfänglichen Bewegung des Stufenkolbens 9 geschlossen. Das Ende 19 des Ventilkörpers 20 kommt dabei zur Anlage am Boden des Gehäuses 10.

Bei einer weiteren Bewegung des Stufenkolbens 9 nach unten bewegt sich in Folge des Aufsetzens des Ventilkörpers auf dem Gehäuseboden der Dichtsitz 23 weg vom Dichtkörper 21, so daß das Sitzventil 18 geöffnet und die Verbindung 16, 17 zwischen den Anschlüssen 7 und 8 freigegeben wird und die Pumpe 4 das aus dem Druckmittelvorratsbehälter 3 angesaugte Fluidvolumen drucklos in den Druckmittelvorratsbehälter 3 zurückfördert. Eine Bewegung des Stufenkolbens 9 nach oben findet erst dann statt, wenn der im Speicher 1 herrschende Druck unter einen bestimmten Wert sinkt, der unter dem Solldruckwert liegt. Diese Schalthysterese ist beabsichtigt, um insbesondere den Öffnungsvorgang des Sitzventils 18 kurz zu halten und die Anzahl der Ventilumschaltungen zu minimieren. Die Größe der Hysterese wird durch die hydraulisch wirksame Querschnittsfläche des Ringraums 26 bestimmt und kann so über die geometrischen Abmessungen der Ventileinrichtung festgelegt werden. Ein weiterer, für eine elektronische Überwachung besonders vorteilhafter Effekt dieser Hysterese besteht darin, daß der damit einhergehende Sprung in der Pumpenförderleistung gut ausgeprägt und der entsprechende Sprung in dem der Pumpe 4 zugeführten elektrischen Strom daher gut detektierbar ist.

Claims (10)

1. Ventileinrichtung für eine hydraulische Anlage, die ein unter Druck stehendes Fluid für einen hydraulischen Verbraucher in einem hydraulischen Speicher bereit hält, der von einer Pumpe nachgeladen wird, die das Fluid einem Druckmittelvorratsbehälter entnimmt, wobei zwischen der Pumpe und dem Speicher ein zum Speicher hin öffnendes Rückschlagventil vorgesehen ist und . wobei an einen ersten Anschluß der Ventileinrichtung der Speicher, an einen zweiten Anschluß die Pumpe und an einen dritten Anschluß der Druckmittelvorratsbehälter angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (5) ein Gehäuse (10) aufweist, in dem ein hydraulischer Stufenkolben (9) verschiebbar angeordnet ist, dessen größere Stirnfläche (12) mit dem im Speicher (1) herrschenden Druck und dessen kleinere Stirnfläche (13) mit dem Druckniveau des Druckmittelvorratsbehälters (3) beaufschlagbar ist und der einen Ringraum (26) begrenzt, der mit dem von der Pumpe (4) aufgebrachten Druck beaufschlagbar ist, wobei zwischen dem zweiten (7) und dem dritten Anschluß (8) eine durch eine Ventilanordnung (18) freigebbare Verbindung (16, 17) vorgesehen ist und wobei die Ventilanordnung (18) durch die Bewegung des Stufenkolbens (9) betätigbar ist.

2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (14) vorgesehen ist, die dem auf den Stufenkolben (9) wirkenden, im Speicher (1) herrschenden Druck entgegenwirkt.

3. Ventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die freigebbare Verbindung (16, 17) im Stufenkolben (9) ausgebildet ist.

4. Ventileinrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (16, 17) im wesentlichen als eine Stufenbohrung ausgeführt ist, deren Abschnitt (17) kleineren Durchmessers einen Ventilkörper (20) der Ventilanordnung (18) im Stufenkolben (9) führt.

5. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (18) als ein Sitzventil ausgebildet ist, dessen Sitz (23) durch den Übergangsbereich der Abschnitte (16, 17) der Stufenbohrung gebildet ist, der mit einem als Schließkörper (21) ausgebildeten Abschnitt des Ventilkörpers (20) abdichtbar ist.

6. Ventileinrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (20) gegenüber dem Sitz (23) mittels einer Ventilfeder (22) vorgespannt ist, die im Abschnitt (16) der Stufenbohrung größeren Durchmessers angeordnet ist.

7. Ventileinrichtung nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (20) im Sinne der Freigabe der Verbindung (16, 17) mit seinem unteren Ende (19) mit einem vom Gehäuse (10) gebildeten Anschlag zusammenwirkt.

8. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (15) im Gehäuse (10) integriert ist.

9. Ventileinrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (15) durch eine Dichtmanschette gebildet ist, die auf dem Abschnitt größeren Durchmessers des Stufenkolbens (9) angeordnet ist.

10. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Anlage eine Kraftfahrzeugbremsanlage ist.