DE102005058526B4

DE102005058526B4 - Zweistufiges Ventil zum Steuern von Fluiden

Info

Publication number: DE102005058526B4
Application number: DE102005058526.4A
Authority: DE
Inventors: Gerold Kohlberger; Guenther Schnalzger; Ingo Buchenau; Regine Kraft; Hans Peter Bartosch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2025-12-09
Also published as: WO2007065776A1; CN101326392B; DE102005058526A1; JP2009518597A; US7954511B2; JP4755696B2; US20090139588A1; CN101326392A

Abstract

Zweistufiges Ventil zum Steuern von Fluiden umfassend ein Betätigungselement (2), eine Vorstufe (3) mit einem ersten Ventilsitz (5) und einem ersten Schließkörper (4), der mit dem Betätigungselement (2) verbunden ist, und eine Hauptstufe (6) mit einem zweiten Ventilsitz (11) und einem zweiten Schließkörper (7), wobei der zweite Schließkörper (7) einen Befestigungsbereich (19) und einen Hauptbereich (8) mit einer Durchgangsöffnung (10) umfasst, wobei der erste Ventilsitz (5) an der Durchgangsöffnung (10) angeordnet ist, wobei der zweite Schließkörper (7) über den Befestigungsbereich (19) mit dem Betätigungselement (2) verbunden ist, und wobei der Befestigungsbereich (19) elastisch derart ausgebildet ist, um bei einer Betätigung des Betätigungselements (2) mittels elastischer Verformung die Vorstufe (3) zu öffnen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein zweistufiges Ventil zum Steuern von Fluiden mit einem Betätigungselement, einer Vorstufe und einer Hauptstufe.
Ventile zum Steuern von Fluiden sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Derartige Ventile werden beispielsweise in Bremssystemen von Fahrzeugen bei der Hydraulikdruckversorgung von Radbremsen verwendet. Eine Ausgestaltung als zweistufiges Ventil mit Vorstufe und Hauptstufe wird ausgeführt, um auch bei hohen Differenzdrücken das Öffnen des Ventils zu ermöglichen. Der am Ventil anliegende Differenzdruck hat eine schließende Wirkung auf das Ventil. Durch Öffnen der Vorstufe baut sich der Differenzdruck leicht ab, so dass die Hauptstufe dann mit geringerem Energieaufwand geöffnet werden kann. Bei derartigen Ventilen werden dabei üblicherweise Federelemente verwendet, gegen welche die Vor- und/oder Hauptstufe geöffnet werden muss, und welche dann selbsttätig nach Abbau des Schaltdrucks das Ventil wieder schließen. Derartige Ventile weisen allerdings eine relativ hohe Anzahl von Bauteilen auf, so dass einerseits die Herstellung und andererseits die Montage relativ kostenintensiv ist.
Aus dem Stand der Technik ist weiterhin die EP 1 363 057 A2 bekannt. Diese Schrift betrifft ein elektromagnetisches Ventil und insbesondere eine Verbesserung bei einem elektromagnetischen Ventil eines normal verschlossenen Typs, welches so strukturiert ist, dass dann, wenn es mit einer Spule mit Energie versorgt wird, offen ist, und wobei der Bereich des Strömungsdurchgangs entsprechend dem hohen oder niedrigen Fluiddruck am Einlassanschluss variiert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße zweistufige Ventil zum Steuern von Fluiden mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es einfach aufgebaut ist und sehr kompakt ist. Erfindungsgemäß kann dabei die Teilezahl für das Ventil deutlich reduziert werden. Dadurch ergeben sich einerseits Kosteneinsparungen bei der Herstellung und andererseits auch bei der Montage, da eine geringere Anzahl von Teilen zu montieren ist. Da derartige zweistufige Ventile Massenartikel sind, welche beispielsweise zur Steuerung von Hydraulikflüssigkeit in Bremsanlagen von Fahrzeugen verwendet werden, ergeben sich hierdurch signifikante Kosteneinsparungen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das zweistufige Ventil eine Vorstufe mit einem ersten Ventilsitz und einem ersten Schließkörper, der mit einem Betätigungselement des Ventils verbunden ist, und eine Hauptstufe mit einem zweiten Ventilsitz und einem zweiten Schließkörper umfasst. Der zweite Schließkörper weist einen Befestigungsbereich und einen Hauptbereich mit einer Durchgangsöffnung auf. Der erste Ventilsitz ist dabei an der Durchgangsöffnung angeordnet. Somit weist der zweite Schließkörper auch noch die Funktion des ersten Ventilsitzes auf. Ferner ist der zweite Schließkörper über dem Befestigungsbereich mit dem Betätigungselement des Ventils verbunden. Dabei ist der Befestigungsbereich elastisch ausgebildet, um bei einer Betätigung des Betätigungselements durch eine elastische Verformung des Befestigungsbereichs die Vorstufe zu öffnen. Wenn ein ausreichender Abbau eines Druckunterschieds zwischen einem Bereich vor und einem Bereich nach dem Ventil über die Vorstufe erfolgt ist, öffnet die Hauptstufe automatisch, da der elastisch verformte Befestigungsbereich wieder in seine ursprüngliche Form zurückgeht und dabei eine Öffnungsbewegung des zweiten Schließkörpers für die Hauptstufe durchführt. Die Vorstufe wird dabei wieder geschlossen und die Hauptstufe ist geöffnet. Ferner hat der elastische Befestigungsbereich wieder seine ursprüngliche Form eingenommen.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Um eine einfache Fixierung des Befestigungsbereichs des zweiten Schließkörpers am Betätigungselement zu ermöglichen, ist vorzugsweise eine Rastverbindung zwischen dem Befestigungsbereich und dem Betätigungselement ausgebildet. Dadurch kann eine Montage erleichtert werden.
Vorzugsweise umfasst der Befestigungsbereich des zweiten Schließkörpers eine Vielzahl von langgestreckten Fixierelementen, welche eine flexible Verformung ermöglichen. Die langgestreckten Fixierelemente verformen sich dabei zum Öffnen der Vorstufe und streben aufgrund ihrer Eigenelastizität immer wieder in ihre ursprüngliche Position zurück. Sobald ein entsprechender Druckabbau über die geöffnete Vorstufe stattgefunden hat, wird die Rückstellkraft der Fixierelemente größer als die durch den Druckunterschied resultierende Differenzdruckkraft, so dass die Fixierelemente wieder in ihre ursprüngliche Form zurückgehen und dabei die Hauptstufe öffnen und die Vorstufe schließen. Der Befestigungsbereich umfasst dabei vorzugsweise drei oder vier langgestreckte Fixierelemente, welche vorzugsweise in gleichem Abstand zueinander entlang eines Umfangs des zweiten Schließkörpers angeordnet sind.
Weiter bevorzugt ist an einem äußeren Ende des langgestreckten Fixierelements ein nach innen gerichteter Vorsprung gebildet. Dieser nach innen gerichtete Vorsprung ist Teil der Rastverbindung zwischen zweitem Schließkörper und Betätigungselement.
Um eine leichte Verformung der langgestreckten Fixierelemente zu ermöglichen, ist an dem nach innen gerichteten Vorsprung des Fixierelements eine zur Bewegungsrichtung des Betätigungselements geneigte Fläche vorgesehen. Diese geneigte Fläche erleichtert dabei die elastische Verformung, insbesondere das Aufspreizen, der Fixierelemente. Die geneigte Fläche ist dabei vorzugsweise in einem Winkel von ca. 45° zur Betätigungsrichtung des Betätigungselements angeordnet.
Weiter bevorzugt ist am Betätigungselement eine ringförmige Nut gebildet, welche ebenfalls ein Teil der Rastverbindung ist. Im geschlossenen Zustand des Ventils sind die nach innen gerichteten Vorsprünge der langgestreckten Fixierelemente dabei in der ringförmigen Nut ausgenommen.
Um die Aufspreizung und elastische Verformung des Befestigungsbereichs des zweiten Schließkörpers weiter zu erleichtern, weist die Nut eine zur Betätigungsrichtung des Betätigungselements geneigte Wand auf. Die Neigung der Wand entspricht vorzugsweise der Neigung der geneigten Fläche am nach innen gerichteten Vorsprung des Fixierelements, d.h., insbesondere ca. 45°.
Der zweite Schließkörper ist besonders bevorzugt aus einem Kunststoff, insbesondere Polyamid, oder einem anderen Thermoplast hergestellt. Dadurch kann der zweite Schließkörper besonders kostengünstig bereitgestellt werden. Der zweite Schließkörper wird dabei vorzugsweise mittels Spritzgießen hergestellt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Schließkörper im Betätigungselement integriert. Der erste Schließkörper kann beispielsweise eine Kugel sein, welche mittels einer Presspassung im Betätigungselement fixiert ist. Es sei jedoch angemerkt, dass der erste Schließkörper auch beispielsweise durch einen Bereich des Betätigungselements gebildet sein kann, so dass das Betätigungselement und der erste Schließkörper als ein Bauteil vorgesehen sind.
Das zweistufige Ventil ist vorzugsweise ein Magnetventil für einen Hydraulikbremskreis eines Fahrzeugs. Das Betätigungselement ist dabei ein Anker des Magnetventils. Das Magnetventil wird besonders bevorzugt als Ventil in einem Bremssteuerungs-/ Regelungskreis, wie z.B. einem ESP-System und/oder ABS-System, verwendet.
Figurenliste
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Schnittansicht eines zweistufigen Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im geschlossenen Zustand,
2 eine schematische Schnittansicht des in 1 gezeigten Ventils mit geöffneter Vorstufe und geschlossener Hauptstufe, und
3 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Schließkörpers des Ventils.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein Ausführungsbeispiel eines zweistufigen Ventils 1 gemäß der Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das zweistufige Ventil 1 ein Betätigungselement 2, eine Vorstufe 3 und eine Hauptstufe 6. Das Ventil 1 ist zwischen einer linken Zuleitung 12a, einer rechten Zuleitung 12b und einer Ableitung 13 angeordnet. Die Pfeile A und B kennzeichnen dabei die Zuleitungsrichtung und der Pfeil C die Abführrichtung.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Vorstufe 3 durch einen ersten Schließkörper 4 in Form einer Kugel und einen ersten Ventilsitz 5 gebildet. Der erste Schließkörper 4 ist dabei fest mit dem Betätigungselement 2 verbunden, z.B. mittels einer Presspassung. Die Hauptstufe 6 wird durch einen zweiten Schließkörper 7 und einen zweiten Ventilsitz 11 bereitgestellt. Der zweite Ventilsitz 11 ist an einem Ring 15 gebildet, welcher in einem sich in mehreren Stufen verjüngenden Tiefziehteil 14 angeordnet ist. Im Tiefziehteil 14 sind mehrere Öffnungen 14a vorgesehen, um die zugeführte Bremsflüssigkeit in den Raum zwischen dem Tiefziehteil 14 und dem zweiten Schließkörper 7 zu leiten. In den Zuleitungen 12a, 12b sind ferner noch Filter 17 angeordnet. Der zweite Schließkörper 7 ist als Kunststoffteil aus einem Elastomer hergestellt und umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Hauptbereich 8 und einen Befestigungsbereich 19. Wie insbesondere aus 3 ersichtlich ist, ist der Befestigungsbereich 19 durch vier langgestreckte Fixierelemente 9 gebildet, welche jeweils einen nach innen gerichteten Vorsprung 9a aufweisen. Im Hauptbereich 8 ist eine Durchgangsöffnung 10 gebildet, an dessen einem Ende der erste Ventilsitz 5 angeordnet ist. Der durch die vier langgestreckten Fixierelemente 9 gebildete Befestigungsbereich 19 ist elastisch verformbar, wobei die vier Fixierelemente 9 insbesondere radial nach außen verformt werden können, so dass sich der Befestigungsbereich 19 aufspreizt. Wie ferner aus 3 ersichtlich ist, sind an jedem nach innen gerichteten Vorsprung 9a geneigte Flächen 9b gebildet, wobei die geneigten Flächen zu einer Bewegungsrichtung X-X des Befestigungselements 2 geneigt sind, vorzugsweise in einem Winkel von 45°.
Wie ferner aus 1 ersichtlich ist, sind die Zuleitungen 12a, 12b und die Ableitung 13 in einem Gehäuse 16 gebildet. Das Tiefziehteil 14 ist dabei in der Ableitung 13 fixiert. Eine Hülse 18, welche auch zur Führung des Betätigungselements 2 dient, fixiert dabei das Tiefziehteil 14.
Nachfolgend wird die Funktion des erfindungsgemäßen zweistufigen Ventils 1 beschrieben. Wenn das zweistufige Ventil 1 geöffnet werden soll, um einen durch die Zuleitungen 12a, 12b zugeführten Druck in die Ableitung 13 zuzuführen, entsteht zwischen den Zuleitungen 12a, 12b und der Ableitung 13 ein Differenzdruck. Dieser Differenzdruck ist relativ groß, so dass zum Öffnen des Ventils 1 eine hohe Schaltenergie notwendig wäre. Um dies zu vermeiden, ist das Ventil 1 zweistufig aufgebaut.
Zum Öffnen des Ventils 1 wird in einem ersten Schritt das Betätigungselement 2 in Richtung des Pfeils D betätigt (vgl. 2). Dadurch hebt der erste Schließkörper 4 vom ersten Ventilsitz 5 ab. Der Hub des Betätigungselements 2 und des ersten Schließkörpers 4 beträgt dabei H (vgl. 2). Somit kann Fluid durch die Öffnung 14a im Tiefziehteil 14 zwischen den langgestreckten Fixierelementen 9 des Befestigungsbereichs 19 und die Durchgangsöffnung 10 im zweiten Schließkörper 7 in die Ableitung 13 strömen. Da der Druckunterschied beim Öffnen der Vorstufe jedoch noch sehr groß ist, bewegt sich der zweite Schließkörper 7 nicht, so dass die Hauptstufe geschlossen bleibt. Allerdings, wie in 2 gezeigt, werden durch den Hub des Betätigungselements 2 die vier Fixierelemente 9 des Befestigungsbereichs 19 nach außen aufgespreizt, was in 2 durch die Pfeile E angedeutet ist. Die Elastizität des Befestigungsbereichs 19 ermöglicht es somit, dass die Vorstufe 3 geöffnet wird.
Der Befestigungsbereich 19 des zweiten Schließkörpers 7 weist dabei im aufgespreizten Zustand immer eine Tendenz auf, wieder seine in 1 gezeigte ursprüngliche Position einzunehmen, d.h. dass die langgestreckten Fixierelemente 9 wieder in ihre Ausgangsposition zurückkehren. Sobald über die Vorstufe 3 ein entsprechender Abbau des Druckunterschieds zwischen dem Bereich vor und nach dem Ventil 1 erfolgt ist, wird die Rückstellkraft des Befestigungsbereichs 19 größer als die durch den Druckunterschied bereitgestellte Haltekraft für den zweiten Schließkörper 7, so dass der Befestigungsbereich 19 wieder in seine Ausgangsposition zurückgeht. Dabei gleiten die geneigten Flächen 9b der Fixierelemente 9 auf der geneigten Wand 2b und heben den zweiten Schließkörper 7 vom zweiten Ventilsitz 11 ab. Der Befestigungsbereich 19 ist somit wieder in der Ringnut 2a wie im in 1 gezeigten Zustand angeordnet, wobei jedoch durch das Abheben des zweiten Schließkörpers 7 vom zweiten Ventilsitz 11 die Hauptstufe 6 geöffnet wurde und die Vorstufe 3 geschlossen wurde. Somit kann nun ein großer Volumenstrom durch das Ventil 1 über die Hauptstufe strömen. Die Elastizität des Befestigungsbereichs 19 macht es somit erfindungsgemäß möglich, dass auf Federn o.Ä., welche im Stand der Technik zum Öffnen der Hauptstufe 6 und zum Schließen der Vorstufe 3 verwendet werden, verzichtet werden kann. Dadurch kann der erfindungsgemäße Aufbau deutlich vereinfacht werden. Der zweite Schließkörper 7 übernimmt dabei neben seiner eigentlichen Schließfunktion der Hauptstufe 6 noch die Öffnungs- und Schließfunktion der Vorstufe 3 durch die Elastizität des Befestigungsbereichs 19.
Sollte das zweistufige Ventil öffnen, wenn kein Druckunterschied zwischen den Zuleitungen 12a, 12b und der Ableitung 13 besteht, so hält der Befestigungsbereich 19 den zweiten Schließkörper 7 am Betätigungselement 2, so dass die Vorstufe 3 nicht geöffnet wird, sondern gleich die Hauptstufe 6 geöffnet wird.

Claims

Zweistufiges Ventil zum Steuern von Fluiden umfassend ein Betätigungselement (2), eine Vorstufe (3) mit einem ersten Ventilsitz (5) und einem ersten Schließkörper (4), der mit dem Betätigungselement (2) verbunden ist, und eine Hauptstufe (6) mit einem zweiten Ventilsitz (11) und einem zweiten Schließkörper (7), wobei der zweite Schließkörper (7) einen Befestigungsbereich (19) und einen Hauptbereich (8) mit einer Durchgangsöffnung (10) umfasst, wobei der erste Ventilsitz (5) an der Durchgangsöffnung (10) angeordnet ist, wobei der zweite Schließkörper (7) über den Befestigungsbereich (19) mit dem Betätigungselement (2) verbunden ist, und wobei der Befestigungsbereich (19) elastisch derart ausgebildet ist, um bei einer Betätigung des Betätigungselements (2) mittels elastischer Verformung die Vorstufe (3) zu öffnen.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Befestigungsbereich (19) des zweiten Schließkörpers (7) und dem Betätigungselement (2) eine Rastverbindung ausgebildet ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbereich (19) eine Vielzahl von langgestreckten Fixierelementen (9) umfasst, welche eine flexible Verformung ermöglichen.
Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbereich (19) drei oder vier langgestreckte Fixierelemente (9) umfasst.
Ventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem äußeren Ende des langgestreckten Fixierelements (9) ein nach innen gerichteter Vorsprung (9a) gebildet ist.
Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der nach innen gerichtete Vorsprung (9a) des Fixierelements (9) eine zur Bewegungsrichtung (X-X) des Betätigungselements (2) geneigte Fläche (9b) umfasst.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Betätigungselement (2) eine ringförmige Nut (2a) gebildet ist.
Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Nut (2a) eine zur Bewegungsrichtung (X-X) des Betätigungselements (2) geneigte Wand (2b) umfasst, welche sich mit einem Abschnitt des Befestigungsbereichs (19) in Kontakt befindet.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schließkörper (7) aus einem Kunststoff oder Federstahl hergestellt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schließkörper (7) aus einem Thermoplast hergestellt ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schließkörper (4) in das Betätigungselement (2) integriert ist und einstückig mit diesem gebildet ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein Magnetventil für einen Hydraulikbremskreis eines Fahrzeugs ist und das Betätigungselement (2) ein Anker des Magnetventils ist.