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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Auslassventilanordnung eines Pumpenelements eines Hydraulikaggregats einer Fahrzeugbremsanlage. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Auslassventilanordnung.
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Fahrzeugbremsanlagen moderner Kraftfahrzeuge, insbesondere von Personenkraftwagen, sind mit einer fremdgesteuerten Regelung des Bremsdrucks an zugehörigen Radbremsen ausgestattet. Dazu weisen die Fahrzeugbremsanlagen ein Hydraulikaggregat auf, in dem mittels Pumpenelementen Bremsfluid unter Druck an die Radbremsen gefördert oder von diesen abgesaugt werden kann. Die Pumpenelemente sind als Kolbenpumpen gestaltet, an deren Pumpzylinder sich jeweils ein Auslassventil befindet. Allgemein bekannte Auslassventile bestehen in der Regel aus einem Ventilschließkörper, der mittels einer Ventilfeder gegen einen Ventilsitz gedrängt ist. Der Ventilsitz ist dabei mit dem Rand einer kreisrunden Ventilöffnung im Pumpenzylinderboden und der Ventilkörper mit einer Stahlkugel gebildet, die mittels einer die Ventilfeder bildenden Schraubenfeder gegen diesen Ventilsitz gedrängt ist.
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Das Abströmen von Bremsfluid durch das Auslassventil aus dem Pumpenzylinder heraus erfolgt nach dem Öffnen der Ventilöffnung, indem der Ventilkörper von dem abströmenden Bremsfluid gegen den Druck der Ventilfeder aus dem Ventilsitz herausgehoben wird. Das Bremsfluid strömt dann als hydraulisches Medium allseitig um den kugelförmigen Ventilkörper herum und anschließend durch eine sich hinter dem Auslassventil befindende Abströmnut. Zugleich ist der Ventilkörper von der Ventilfeder stets in Richtung Ventilsitz gedrängt. Das Auslassventil verhindert dadurch ein Rückströmen des Bremsfluids in den Pumpenraum im Pumpenzylinder.
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Damit im Betrieb des Pumpenelements dieses möglichst effizient und geräuscharm arbeitet, soll der für das Öffnen des Auslassventils erforderliche Öffnungsimpuls möglichst gering sein.
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Erfindungsgemäß ist eine Auslassventilanordnung eines Pumpenelements eines Hydraulikaggregats einer Fahrzeugbremsanlage geschaffen, das mit einem ersten Teilventil mit einem ersten Öffnungswiderstand und mit einem zweiten Teilventil mit einem zweiten Öffnungswiderstand gestaltet ist.
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Die Auslassventilanordnung gemäß der Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Masse des Ventilschließkörpers eines Auslassventils eines Pumpenelements eines Hydraulikaggregats einer Fahrzeugbremsanlage möglichst gering sein muss. Eine geringe Masse ermöglicht einen geringen Öffnungsimpuls und ein optimales Schwingungsverhalten des Ventilkörpers im Betrieb. Ferner ermöglicht es eine bessere Führung des Ventilschließkörpers. Der Öffnungsdruck und das Schließverhalten des Ventilschließkörpers beeinflussen maßgeblich den Öffnungsimpuls und damit das Geräuschverhalten des Auslassventils sowie des gesamten Pumpenelements.
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Erfindungsgemäß ist die Auslassventilanordnung zweistufig mit einem ersten Teilventil und einem zweiten Teilventil gestaltet. Die beiden Teilventile sind parallel geschaltet und weisen unterschiedlich große Öffnungswiderstände auf, so dass sie bei unterschiedlich großen Öffnungsdrücken öffnen. Damit öffnet eines der Teilventile früher als das andere Teilventil. Der für das Öffnen des ersten Teilventils erforderliche Öffnungsimpuls ist damit erheblich geringer als der bisher bei Auslassventilen von solchen Pumpenelementen erforderliche Gesamtöffnungsimpuls. Ferner kann gemäß der Erfindung der Öffnungswiderstand bzw. Staudruck an jedem der beiden Teilventile separat definiert werden, insbesondere indem um deren Ventilkörper herum und in Strömungsrichtung hinter diesem die Größe der Strömungsspalte entsprechend gewählt wird. Der Öffnungswiderstand ist ferner insbesondere durch den Öffnungsquerschnitt an der zugehörigen Ventilöffnung sowie durch die Vorspannkraft einer zugehörigen Ventilfeder definiert.
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Das derartige Verhalten der erfindungsgemäßen Auslassventilanordnung ist sowohl für Druckpumpen als auch für Saugpumpen vorteilhaft.
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Für eine besonders bauraumsparende Lösung der erfindungsgemäßen Auslassventilanordnung ist vorteilhaft das zweite Teilventil in einem Ventilschließkörper des ersten Teilventils ausgebildet.
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Das erste Teilventil ist vorzugsweise mit einem tellerförmigen Ventilschließkörper gestaltet. Ein solches Tellerventil bzw. Plattenventil weist eine vorteilhaft große Öffnungsquerschnittsfläche auf, in der dann insbesondere das zweite Teilventil mit kleiner Öffnungsquerschnittsfläche angeordnet sein kann. Ferner kann der Ventilschließkörper eines solchen Tellerventils kostengünstig mittels Metall-Umformen hergestellt werden.
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Alternativ ist das erste Teilventil vorzugsweise mit einem Ventilschließkörper aus Kunststoff gestaltet. Der derartige erste Ventilschließkörper kann dann kostengünstig mittels Spritzgießen hergestellt werden, wobei in seinem Zentrum vorteilhaft zugleich der Ventilsitz und vorzugsweise auch ein federndes Rückstellmittel für das zweite erfindungsgemäße Teilventil ausgebildet werden kann.
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Das erste erfindungsgemäße Teilventil ist vorzugsweise mit einer Rückstellfeder gestaltet. Die Rückstellfeder erhöht zusätzlich den Öffnungswiderstand des ersten Teilventils, so dass dieses einen im Vergleich zum zweiten Teilventil höheren Öffnungsdruck aufweist. Ferner trägt die Rückstellfeder zur Führung des Ventilschließkörpers und Vereinheitlichung von dessen Öffnungsverhalten bei.
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Das zweite Teilventil ist erfindungsgemäß bevorzugt mit einem kugelförmigen Ventilschließkörper gestaltet. Der kugelförmige Ventilschließkörper kann raumsparend im Inneren bzw. Zentrum des ersten Ventilschließkörpers angeordnet sein.
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Der Ventilschließkörper des zweiten Teilventils ist dabei bevorzugt aus Metall gestaltet. Eine derartige Metallkugel kann sehr maßgenau und zugleich kostengünstig hergestellt werden.
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Das zweite Teilventil ist ferner vorzugsweise federlos gestaltet, also ohne Rückstellfeder bzw. Ventilfeder. Entsprechend weist das derartige zweite Teilventil einen besonders geringen Öffnungswiderstand auf und öffnet besonders schnell.
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Die Erfindung ist auch speziell auf eine Verwendung einer derartigen erfindungsgemäßen Auslassventilanordnung in einem Pumpenelement eines Hydraulikaggregats einer Fahrzeugbremsanlage gerichtet.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt eines Teils eines Pumpenelements eines Hydraulikaggregats einer Fahrzeugbremsanlage gemäß dem Stand der Technik mit einem dort angeordneten Auslassventil,
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2 einen Längsschnitt eines Teils eines Pumpenelements eines Hydraulikaggregats einer Fahrzeugbremsanlage mit der dort angeordneten Auslassventilanordnung gemäß der Erfindung und
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3 das Detail III in 2.
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In 1 ist ein Pumpenelement 10 eines weiter nicht dargestellten Hydraulikaggregats einer Fahrzeugbremsanlage eines Personenkraftwagens mit einem Pumpenzylinder 12 und dessen Pumpenraum 14 dargestellt. Der Pumpenraum 14 ist an einem Stirnende mit einem kreisförmigen Pumpenzylinderboden 16 begrenzt, in dessen Zentrum sich eine kreisförmige Ventilöffnung 18 befindet. Die Ventilöffnung 18 ist an ihrem Umfang von einem Ventilsitz 20 begrenzt, an dem ein kugelförmiger Ventilschließkörper 22 aus Metall anliegt. Dabei ist der Ventilschließkörper 22 mittels einer Ventilfeder 24 gegen den Ventilsitz 20 gedrängt. Die Ventilfeder 24 ist als Schraubenfeder gestaltet und stützt sich an einem Pumpendeckel 26 ab, wobei sie sich in einem, im Pumpendeckel 26 ausgebildeten, kreiszylindrischen Abströmraum 28 befindet. Aus dem Abströmraum 28 führt nach radial außen ein Abströmkanal 30.
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Wenn im Pumpenraum 14 mittels eines (nicht dargestellten) Pumpenkolbens der Druck von sich dort befindendem Bremsfluid ausreichend stark erhöht wird, wird der Ventilschließkörper 22 von diesem Fluiddruck gegen die Kraft der Ventilfeder 24 vom Ventilsitz 20 abgehoben und in den Abströmraum 28 hinein bewegt. Das Bremsfluid strömt dann um den Ventilschließkörper 22 herum in den Abströmraum 28 und weiter durch den Abströmkanal 30 aus dem Pumpenelement 10 ab.
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In 2 und 3 ist ein Pumpenelement 10 gemäß der Erfindung dargestellt, bei dessen Pumpenzylinder 12 im Pumpenzylinderboden 16 eine Auslassventilanordnung 32 mit einem ersten Teilventil 34 und einem zweiten Teilventil 36 ausgebildet ist. Die beiden Teilventile 34 und 36 sind für das aus dem zugehörigen Pumpenraum 14 ausströmende Bremsfluid in Parallelschaltung angeordnet. Sie bilden gemeinsam die Funktion eines Auslassventils, wie es mit dem in 1 veranschaulichten Ventilschließkörper 22 an der dortigen Ventilöffnung 18 gebildet ist.
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Das erste Teilventil 34 ist mit einer kreisförmigen Ventilöffnung 38 im Zentrum des Pumpenzylinderbodens 16 gestaltet, an deren Umfangsrand sich ein Ventilsitz 40 befindet. An dem Ventilsitz 40 liegt ein tellerförmiges bzw. plattenförmiger Ventilschließkörper 42 aus Kunststoff an. Der Ventilschließkörper 42 ist aus einem ersten, zum Ventilsitz 40 gewandten Ventilschließkörperteil 44 und einem zweiten, daran an der vom Ventilsitz 40 abgewandten Seite, stirnseitig anliegenden zweiten Ventilschließkörperteil 46 gebildet. An dem zweiten Ventilschließkörperteil 46 greift eine Ventilfeder 48 an, mit der der Ventilschließkörper 42 gegen den Ventilsitz 40 gedrängt ist.
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Das zweite Teilventil 36 ist mit einer Ventilöffnung 50 gestaltet, die im Zentrum des tellerförmigen Ventilschließkörpers 42 in axialer Richtung durch dessen Ventilschließkörperteile 44 und 46 hindurch ausgebildet ist. Die Ventilöffnung 50 ist an ihrem Rand des ersten Ventilschließkörperteils 44 von einem Ventilsitz 52 begrenzt, an dem ein kugelförmiger Ventilschließkörper 54 aus Metall, insbesondere Stahl, anliegt. Die Ventilöffnung 50 bildet damit zusammen mit dem Ventilschließkörper 54 ein zweites Ventil innerhalb des ein erstes Ventil bildenden Ventilschließkörpers 42 und dessen Ventilöffnung 38.
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Da der Ventilschließkörper 54 eine erheblich kleinere Anströmfläche für das dort ausströmende Bremsfluid aufweist, als der Ventilschließkörper 42 und ferner im Gegensatz zu diesem federlos gelagert ist, weist das zweite Teilventil 36 einen erheblich niedrigeren Öffnungswiderstand auf, als das erste Teilventil 34. Entsprechend öffnet zum Ausströmen von Bremsfluid aus dem zugehörigen Pumpenraum 14 bei der Auslassventilanordnung 32 zunächst das zweite Teilventil 36. Zugleich weist dessen Ventilschließkörper 54 eine besonders geringe träge Masse und damit ein besonders vorteilhaftes Schwingungsverhalten auf.
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Auch der aus Kunststoff mittels eines Spritzgießverfahrens hergestellte Ventilschließkörper 42 weist eine besonders geringe Masse mit entsprechend vorteilhaftem Schwingungsverhalten auf. Er stellt zugleich aber auch einen großen Öffnungsquerschnitt an der dortigen Ventilöffnung 38 auf, so dass nachfolgend Bremsfluid entsprechend schnell und mit hoher Dynamik aus dem Pumpenraum 14 abströmen kann.
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Um das derartige Abströmen von Bremsfluid mittels der Auslassventilanordnung 32 weiter präzise steuern zu können, ist an dem zugehörigen Pumpendeckel 26 ein Anschlag 56 zum Begrenzen des Hubs des tellerförmigen Ventilschließkörpers 42 vorgesehen. Ferner ist in einem den kugelförmigen Ventilschließkörper 54 umgebenden Abströmraum 58 radial außen vom Ventilschließkörper 54 ein definierter Abströmspalt 60 ausgebildet. Mittels des Abströmspalts 60 ist der kugelförmige Ventilschließkörper 54 im Abströmraum 58 geführt und ferner der Abströmquerschnitt für das durch das zweite Teilventil 36 ausströmende Bremsfluid genau vorgegeben. Der Ventilschließkörper 54 ist damit in dem Abströmraum 58 hydraulisch gedämpft. Der Abströmraum 58 ist ferner an seiner vom Ventilsitz 52 abgewandten Seite mittels der Ventilöffnung 50 mit einem weiteren Ventilsitz 62 des zweiten Teilventils 36 ausgestattet. An diesem weiteren Ventilsitz 62 kommt der kugelförmige Ventilschließkörper 54 zum Anliegen, wenn er sich in dem Abströmraum 58 mit dem dort ausströmenden Bremsfluid in dessen Strömungsrichtung mitbewegt. Der Ventilschließkörper 54 legt sich dann an diesem weiteren Ventilsitz 62 an und verschließt damit das zweite Teilventil 36 wieder. Bremsfluid kann nun nur noch durch das erste Teilventil 34 abströmen. Dieses öffnet entsprechend und führt das weitere Bremsfluid gedrosselt aus dem Pumpenraum 14 ab. Die beiden Teilventile 34 und 36 weisen entsprechend unterschiedliche Öffnungsdrücke und auch unterschiedliche Drosselwirkungen auf.
