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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Druckmittelventil nach den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1. Ein derartiges Druckmittelventil ist beispielsweise bekannt aus der
DE 10 2008 002 539 A1 . Dieses bekannte Ventil weist einen Steuerkolben auf, der auf einer druckentlasteten Seite von einer Federkraft beaufschlagt ist und in einer Ausgangsstellung eine Fluidverbindung zwischen einem ersten Fluidanschluss und einem zweiten Fluidanschluss freigibt. Mit dem Steuerkolben ist ein Dichtelement gekoppelt, das mit einem Dichtsitz zusammenwirkt, um einen wirksamen Druck am zweiten Fluidanschluss zu begrenzen. Eine Ventilbetätigung erfolgt in Abhängigkeit der Druckdifferenz an den druckbeaufschlagten Flächen des Steuerkolbens.
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Nachteilig an der Bauweise dieses Ventils ist, dass am Dichtelement nahezu Druckausgleich herrscht, so dass die den Dichtsitz schließenden Kräfte relativ niedrig ausfallen.
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Vorteile der Erfindung
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Ein Druckmittelventil nach den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass selbst dann, wenn die Druckdifferenz zwischen dem ersten Fluidanschluss und dem zweiten Fluidanschluss so groß geworden ist, dass die Hauptsteuerstufe des Steuerventils bereits geschlossen ist, eine Vorsteuerstufe nach wie vor geöffnet ist bzw. geöffnet werden kann und somit die Druckmittelversorgung einer Pumpe, die an den zweiten Fluidanschluss angeschlossen ist, sicherstellt. Wenn die Auslegung der Vorsteuerstufe so getroffen wurde, dass die Dichtquerschnitte der Vorsteuerstufe deutlich kleiner dimensioniert sind als der Dichtquerschnitt der Hauptsteuerstufe reichen geringere Kräfte eines Betätigungselements auf die Schließglieder der Vorsteuerstufe aus, um diese zu öffnen und damit den Druckmittelbedarf der Pumpe zu gewährleisten. Weiterhin lassen sich auf diese Weise auch große Druckdifferenzen sicher schalten. Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen oder der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Ansprüche 2 bis 6 betreffen besonders vorteilhafte konstruktive Details eines erfindungsgemäßen Druckmittelventils, die es ermöglichen, dass dieses Druckmittelventil kompakt und einfach baut. Es lässt sich dadurch als Ventilpatrone ausbilden, d.h. als vormontierbare Einheit, die mit geringem fertigungstechnischen Aufwand in vorhandene Hydraulikblöcke von Hydroaggregaten schlupfgeregelter Fahrzeugbremsanlagen einbaubar ist. Konventionelle Hydraulikblöcke müssen dafür nur geringfügig konstruktiv geändert werden.
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Das Betätigungselement des erfindungsgemäßen Druckmittelventils ist mit einem konischen geformten Übergangsabschnitt versehen. Durch Festlegung des Spitzenwinkels dieses Übergangsabschnitts kann anwendungsspezifisch zwischen der am Betätigungsstößel angreifenden Axialkraft und der öffnenden Kraft, mit der die Vorsteuerstufe betätig wird, ein Übersetzungsverhältnis festgelegt werden.
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Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die Figuren zeigen
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1: das erfindungsgemäße druckabhängig betätigbare Druckmittelventil als Schaltplansymbol;
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2: das erfindungsgemäße druckabhängig betätigbare Druckmittelventil im Längsschnitt;
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3 und 4 jeweils verschiedene Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Druckmittelventils im Querschnitt und
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5: ein drittes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das in der 1 dargestellte Schaltsymbol zeigt ein Druckmittelventil 10 das entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 12 druckbeaufschlagt betätigbar ist. Dieses Druckmittelventil 10 kann aus einer Grundstellung 14 über beliebig viele Zwischenstellungen 16 in eine Endstellung 18 verbracht werden. Zur Veranschaulichung dessen zeigt 1 insgesamt 3 Stellungen 14, 16, 18, die kontinuierlich ineinander übergehen, wie dies von Proportionalventilen allgemein bekannt ist. Dass es sich beim erfindungsgemäßen Druckmittelventil 10 um ein Proportionalventil handelt, zeigt das Schaltsymbol anhand der Linien 15, die parallel zueinander verlaufend oberhalb und unterhalb der 3 Stellungssymbole dargestellt sind.
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In der ersten Stellung 14, bzw. der Grundstellung, ist das Druckmittelventil 10 bedingt durch die Kraft der Rückstellfeder 12 geöffnet und gibt eine Druckmittelverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Fluidanschluss 20, 22 frei. Die Druckmittelverbindung ist dabei maximal offen, so dass ein maximaler Volumenstrom durch das Druckmittelventil 10 hindurchströmen kann. Dies bringt ein verdickt gezeichneter Verbindungspfeil 24 zwischen den Fluidanschlüssen 20, 22 zum Ausdruck (1, rechtes Stellungssymbol).
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Gemäß 1 ist an den ersten Fluidanschluss 20 des Druckmittelventils 10 ein Hauptbremszylinder 28 einer schlupfregelbaren hydraulischen Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs angeschlossen, so dass vom Fahrer durch Muskelkraft erzeugter Bremsdruck am ersten Fluidanschluß 20 anliegen kann. Der zweite Fluidanschluss 22 ist mit der Saugseite eines antreibbaren Druckerzeugers 30 der Fahrzeugbremsanlage verbunden, was bedeutet, dass dieser Druckerzeuger 30 Bremsfluid über das erfindungsgemäße Druckmittelventil 10 aus dem Hauptbremszylinder 28 ansaugen kann, sofern das Druckmittelventil 10 die Fluidverbindung freigibt. Das Druckniveau am zweiten Fluidanschluss 22 dient gleichzeitig der Betätigung des Druckmittelventils was anhand eines Abzweigkanals 32 vom zweiten Fluidanschluss 22 erkennbar dargestellt ist. Abhängig von der Art der Bremsdruckerzeugung durch Muskel- oder durch Fremdkraft wirkt die Betätigungskraft in oder entgegen der Wirkungsrichtung der Rückstellfeder 12. Die zweite bzw. mittlere Stellung 16 des Druckmittelventils 10 ist gekennzeichnet durch eine nach wie vor bestehende Druckmittelverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidanschluss 20, 22, allerdings mit der Einschränkung dass in der zweiten Stellung der vom Druckmittelventil 10 bereitgestellte Durchlassquerschnitt gegenüber dem der ersten Stellung 14 des Druckmittelventils 10 reduziert ist. Mit einer Reduzierung des Durchlassquerschnitts geht eine Drosselung des maximalen Volumenstroms durch das Druckmittelventil 10 und damit ein Anstieg des Druckabfalls vom ersten Fluidanschluss 20 zum zweiten Fluidanschluß 22 einher, was anhand eines gegenüber der ersten Stellung dünner gezeichneten Verbindungspfeils 26 zwischen den beiden Fluidanschlüssen 20, 22 veranschaulicht ist.
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Herrscht am Fluidanschluss 22 ein Überdruck, so wirkt die dadurch erzeugte Druckkraft der Federkraft der Rückstellfeder 12 entgegen und bewirkt, vorausgesetzt diese Druckkraft ist größer als die Federkraft der Rückstellfeder 12,, dass das Druckmittelventil 10 in seine in 1 links darstellte Endstellung 18 gelangt. Diese Endstellung 18 zeichnet sich aus durch eine vollständige Unterbrechung der Fluidverbindung zwischen den beiden Fluidanschlüssen 20, 22 bzw. dem Hauptbremszylinder 28 und dem Druckerzeuger 30. Das Druckmittelventil 10 befindet sich in seiner Sperrstellung.
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Selbst in dieser Sperrstellung ist noch ein Fluidrückfluss vom zweiten Fluidanschluss 22 zum ersten Fluidanschluss 20 möglich. Dazu ist das Druckmittelventil 10 mit einem Bypass 90 ausgestattet, der beide Fluidanschlüsse 20, 22 miteinander verbindet und von einem federlosen Rückschlagventil 92 steuerbar ist.
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Konstruktiv ist eine derartige Ventilfunktionsweise beispielsweise wie in 2 gezeigt, erfindungsgemäß umgesetzt. 2 zeigt das Druckmittelventil 10 in seiner Grundstellung 14 gemäß 1.
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Das erfindungsgemäße Druckmittelventil 10 weist ein hülsenförmiges Ventilgehäuse 40 auf, welches exemplarisch in Richtung seiner Längsachse im Außen- und im Innendurchmesser einmal abgesetzt ist. Das Ventilgehäuse 40 ist zu beiden Enden hin offen, wobei das in 2 oben liegende, Ende einen ersten Ventilsitz 42 einer Hauptsteuerstufe 44 des Druckmittelventils 10 ausbildet. Dieser erste Ventilsitz 42 ist beispielhaft als Innenkonus ausgeführt, dessen Durchmesser von innen nach außen zunimmt. Steuerbar ist der erste Ventilsitz 42 mittels eines Schließelements 46, welches beispielhaft als Kugel ausgeführt ist.
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2 zeigt das Druckmittelventil mit geöffnetem ersten Ventilsitz 42. Dabei ist das Schließelement 46 vom ersten Ventilsitz 42 abgehoben, was durch eine Betätigung dieses Schließelements 46 durch einen Betätigungsstößel 48 erfolgt. Der Betätigungsstößel 48 ist im Inneren des Ventilgehäuses 10 axial verschiebbar aufgenommen bzw. geführt. Er weist an seinem dem Schließelement 46 der Hauptsteuerstufe 44 zugewandten Ende einen zylindrischen Stiftabschnitt 50 mit reduziertem Außendurchmesser auf. An den Stiftabschnitt 50 schließt sich ein Übergangsabschnitt 52, hier exemplarisch als Außenkonus ausgeführt, zu einem Zylinderabschnitt 54 des Betätigungsstößels 48 an, wobei der Zylinderabschnitt 54 einen konstanten Außendurchmesser aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser des Stiftabschnitts 50. Über diesen Zylinderabschnitt 54 ist der Betätigungsstößel 48 im Inneren des Ventilgehäuses 40 verschieblich geführt. Gegenüberliegend zum Stiftabschnitt 50 endet der Betätigungsstößel 40 in einem Kolbenabschnitt 56, welcher den Abschnitt mit dem größten Außendurchmesser des Betätigungsstößels 48 bildet.
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Der Kolbenabschnitt 56 ist an seinem Umfang mit einem lediglich schematisch angedeuteten Dicht- und/oder Führungselement 58 versehen, welches den Betätigungsstößel 48 im Ventilgehäuse 40 führt und gleichzeitig den Kolbenabschnitt 56 gegenüber dem Ventilgehäuse 40 bzw. einen druckmittelgefüllten, in 2 oberhalb des Kolbenabschnitts 56 liegenden Ventilbereich 60 des Druckmittelventils 10 gegenüber einem druckmittelfreien, in 2 unterhalb des Kolbenabschnitts 56 liegenden Ventilbereich 62, abdichtet. Im druckmittelfreien unteren Ventilbereich 62 ist die Rückstellfeder 12 angeordnet, welche beispielshaft als Spiralfeder ausgebildet ist und sich einerseits auf der nicht druckmittelbeaufschlagten Seite des Kolbenabschnitts 56 und andererseits an der Innenseite eines Ventildeckels 64 abstützt. Der Ventildeckel 64 verschließt das der Hauptsteuerstufe 44 gegenüberliegende und in seinem Innendurchmesser gegenüber dieser Hauptsteuerstufe 44 größere Ende des Ventilgehäuses 40. Mit dem Ventilgehäuse 40 kann der Ventildeckel 64 dazu form- und/oder stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweist, sein. Ferner ist der Ventildeckel 64 in Mittenbereich mit verdickter Wandung ausgeführt und bildet dadurch einen Vorsprung 66 aus, der in das Innere des Ventilgehäuses 40 hineinragt. Dieser Vorsprung 66 kann der Rückstellfeder 12 als Mittel zur Zentrierung dienen, in dem diese den Vorsprung 66 umfangseitig umschließt. Gleichzeitig vermag eine Stirnfläche 68 des Vorsprungs 66 einen Endanschlag für den Hub des Betätigungsstößels 48 bilden, also dessen nach 2 unteren Totpunkt definieren.
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Ein erster Fluidanschluss 20 des Druckmittelventils ist in nicht gezeigter Weise mit dem ersten Ventilsitz 42 der Hauptsteuerstufe 44 verbunden. Zudem ist der erste Fluidanschluss 20 mit einer Vorsteuerstufe 70 druckmittelleitend verbunden. Letztere wird gebildet durch einen oder mehrere Vorstufenkanäle 72, welche am Umfang des Ventilgehäuses 40 ausgebildet sind, quer zu einer Längsachse X-X des Druckmittelventils 10 verlaufen und sich demnach in radialer Richtung erstrecken. Ein Durchfluß von Druckmittel durch die Vorstufenkanäle 72 ist steuerbar von den Vorstufenkanälen 72 zugeordneten Vorstufenschließelementen 74, welche dazu mit Vorstufenventilsitzen 76 zusammenwirken. Letztere sind vor einer Einmündung der Vorstufenkanäle 72 in den Einbauraum des Betätigungsstößels 48 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel werden Kugeln als Vorstufenschließelemente 74 verwendet, deren Durchmesser auf den Öffnungsdurchmesser der Vorstufenventilsitze 76 derart abgestimmt ist, dass sie mit einem Kugelsegment abschnittsweise in das Innere des Ventilgehäuses 40 hineinragen, wenn sie die Vorstufenventilsitze 76 fluiddurchlassunterbrechend verschließen.
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Der Betätigungsstößel 48 hebt mit seinem Zylinderabschnitt 54 die Vorstufenschließelemente 74 aus ihrem Vorstufenventilsitz 76 und öffnet damit die Vorsteuerstufe 70. Eine Anordnung der Vorsteuerstufe 70 am Ventilgehäuse 40 in Richtung der Längsachse des Druckmittelventils 10 ist derart auf die Außenform des Betätigungsstößels 48 abgestimmt, dass die Vorstufe 70 noch geöffnet ist, wenn die Hauptsteuerstufe 44 bereits geschlossen ist. Die Vorstufenschließelemente 74 schließen die Vorstufenventilsitze 76 erst, wenn sie mit dem Übergangsabschnitts 52 des Betätigungsstößels 48 in Kontakt gelangen bzw. wenn kein mechanischer Kontakt zum Betätigungsstößel 48 mehr vorliegt. Dabei werden die Vorstufenschließelemente 74 vom Fluiddruck innerhalb des ersten Fluidanschlusses 20 gegen ihre zugeordneten Vorstufenventilsitze 76 gedrückt und sperren letztlich die Vorsteuerstufe 70 ab.
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Zwischen dem ersten Fluidanschluss 20 und dem zweiten Fluidanschluss 22 besteht eine Fluidverbindung, die von Abströmnuten 80 gebildet wird, welche am Innenumfang des hülsenförmigen Ventilgehäuses 40 ausgebildet und parallel zur Längsachse X-X des Druckmittelventils 10 verlaufen. Die Abströmnuten 80 sind über den Umfang der Innenwand des Ventilgehäuses 40 verteilt angeordnet und nach innen, d.h. zum Betätigungsstößel 48 hin offen. Mehrere derartiger Abströmnuten 80 können vorgesehen werden, wobei die Anzahl von Abströmnuten 80 und die Anzahl von Vorstufenventilsitzen 76 nicht übereinstimmen müssen. Ferner ist es nicht zwangsweise erforderlich, dass im Falle mehrere Vorstufenventilsitze 76, diese, wie in 2 gezeigt, auf gleicher axialer Höhe am Ventilgehäuse 40 angeordnet sind. Eine Anordnung auf unterschiedlichen axialen Höhen wäre denkbar und würde den Vorteil bieten, dass ein aufgrund der vorherrschenden Druckverhältnisse nach Innen in das Ventilgehäuse 40 einfahrender Betätigungsstößel 48 nach dem Schließen der Hauptsteuerstufe 44 die Vorsteuerstufe 70 schrittweise, also nach und nach schließt.
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Der zweiter Fluidanschluss 22 des Druckmittelventils 10 ist am Umfang des Ventilgehäuses 40 ausgebildet und zwar im Bereich, wo dieses Ventilgehäuse 40 in seinem Innen- bzw. seinem Außendurchmesser einmal abgesetzt ist. Der zweite Fluidanschluss 22 ist im Bereich des durchmessergrößeren, den Kolbenabschnitt 56 des Betätigungsstößels 48 führenden Teil und mit Druckmittel befüllten Inneren des Ventilgeäuses 40 vorgesehen. Die Durchmesseränderung des Ventilgehäuses 40 ist als annähernd rechtwinklige Stufe ausgeführt und bildet im Inneren des Ventilgehäuses 40 eine Schulter 82 aus, welche bei Bedarf dem Kolbenabschnitt 56 des Betätigungsstößel 48 gemäß 2 als oberer bzw. zweiter Endanschlag dienen kann.
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Ein dritter Fluidanschluss 84 des Druckmittelventils 10 kann wahlweise vorgesehen werden. Für eine Anordnung dieses dritten Fluidanschlußes 84 bietet sich zum Beispiel der Ventildeckel 64 an. Über diesen dritten Fluidanschluß 84 kann der Einbauraum der Rückstellfeder 12 mit der Umgebung kontaktiert und belüftet werden. Ein Verzicht auf diesen dritten Fluidanschluss 84 verhindert eine Belüftung des Einbauraums der Rückstellfeder 12, was alternativ als Dämpfungsmaßnahme zur Dämpfung der Hubbewegung des Betätigungsstößels 48 genutzt werden kann.
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Funktionsweise des erfindungsgemäßen Druckmittelventils:
In seiner in 2 gezeigten Grundstellung 14 (1) ist das Druckmittelventil 10 maximal offen. Dazu drückt die Rückstellfeder 12 den Betätigungsstößel 48, gemäß 2, mechanisch nach oben, wodurch der Betätigungsstößel 48 mit seinem Stiftabschnitt 50 das Schließelement 46 aus dem ersten Ventilsitz 42 hebt. Der erste, mit einem Hauptbremszylinder einer schlupfregelbaren Fahrzeugbremsanlage kontaktierte Fluidanschluss 20 des Druckmittelventils 10 ist in diesem Fall über die Abströmnuten 80 auf der Innenseite des Ventilgehäuses 40 mit dem zweiten Fluidanschluss 22 druckmittelleitend verbunden. Gleichzeitig ist allerdings auch die Vorsteuerstufe 70 geöffnet, da der Zylinderabschnitt 54 des Betätigungsstößels 48 die Vorstufenschließelemente 74 radial nach außen drückt. Zusätzliches Druckmittel strömt somit auch über die Vorstufenkanäle 72 in die Abströmnuten 80 ein und von dort weiter zum zweiten Fluidanschluss 22 des Druckmittelventils 10. Also strömt durch das Druckmittelventil 10 und damit zur Saugseite eines an den zweiten Fluidanschluss 22 angeschlossenen Druckerzeugers 30 ein maximales Druckmittelvolumen.
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Mit einer Erhöhung des Druckniveaus am ersten Fluidanschluss 20, beispielsweise weil der Fahrer den Bremsdruck am Hauptbremszylinder 28 per Muskelkraft erhöht, steigt die Druckkraft auf das am Betätigungsstößel 48 anliegende Schließelement 46 der Hauptsteuerstufe 44 und der Betätigungsstößel 48 wird entgegen der öffnend wirkenden Kraft der Rückstellfeder 12, gem. 2 nach unten gedrückt. Solange der Zylinderabschnitt 54 des Betätigungsstößels 48 mit den Vorstufenschließelementen 74 in Kontakt ist, bleibt die Vorstufe 70 geöffnet. Steigt der Druck am zweiten Fluidanschluss allerdings aufgrund der geöffneten Vorstufe 70 weiter an, wird zwangsweise auch die druckmittelbeaufschlagte Fläche des Kolbenabschnitts 56 des Betätigungsstößels 48 mit einer entsprechend höheren Druckkraft beaufschlagt und der Betätigungsstößel 48 bewegt sich nach 2 so weit nach unten, dass die Vorstufenschließelemente 74 mit dem konisch geformten Übergangsabschnitt 52 des Betätigungsstößels 48 in Kontakt gelangen bzw. bis sie den Betätigunsstößel 48 gar nicht mehr berühren. Spätestens dann werden die Vorstufenschließelemente 74 vom Fluiddruck im Vorstufenkanal 72 in ihre Vorstufenventilsitze 76 gedrückt und die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidanschluß 20, 22 ist unterbrochen bzw. gesperrt. Der Druck am zweiten Fluidanschluss 22 kann nicht mehr weiter steigen.
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Fällt der Druck am ersten Fluidanschluß 20 ab, beispielsweise weil der Fahrer seine Muskelkraft reduziert hat und fällt dieser Druck unterhalb das vorherrschende Druckniveau am zweiten Fluidanschluss 22 ab, wird der Betätigungsstößel 48 von der Rückstellfeder 12 gem. 2 wieder nach oben gedrückt, öffnet mit seinem Zylinderabschnitt 54 zunächst die Vorstufe 70 und anschließend mit seinem Stiftabschnitt 50 die Hauptsteuerstufe 44, so dass Druckmittel vom zweiten Fluidanschluss 22 zurück zum ersten Fluidanschluss 20 bzw. dem damit verbundenen Hauptbremszylinder 28 (1) strömt. Sollten die Druckverhältnisse am zweiten Fluidanschluss 22 derart hoch sein, dass der Betätigungsstößel 48 in seiner Endpoition, in welcher das Druckmittelventil 10 seine Sperrstellung einnimmt 18, verharrt bzw. sollte der Öffnungshub des Betätigungsstößels 48 nicht ausreichen um weder die Vorsteuerstufe 70 noch die Hauptsteuerstufe 44 mechanisch zu betätigen, erfolgt der Rückfluss von Druckmittel vom zweiten Fluidanschluss 22 zum ersten Fluidanschluss 20 dennoch über die Vorsteuerstufe 70, da in diesem Falle die Vorsteuerstufenschließelemente 74 wie Schließelemente von federlosen Rückschlagventilen wirken und die zugeordneten Vorstufenventilsitze 76 strömungsbedingt öffnen. Diese Funktionalität des Druckmittelventils 10 symbolisiert in 1 der Bypass 90, welcher vom federlosen Rückschlagventil 92 gesteuert ist.
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Ein derartiges Ventilverhalten tritt beispielsweise bei einer sogenannten passiven Bremsung auf, d.h. wenn der Bremsdruck allein vom Fahrer durch Muskelkraft und ohne Fremdkraftunterstützung durch den Druckerzeuger 30 aufgebracht wird.
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Bei sehr hohen Drücken am Hauptbremszylinder 28 bzw. am ersten Fluidanschluss 20 des Druckmittelventils 10 sind auch die Vorstufenschließelemente 74 stark fluidkraftbeaufschlagt und dichten mit dementsprechend hoher Druckkraft die zugeordneten Vorstufenventilsitze 76 ab. Zur Öffnung der Vorsteuerstufe 70 ist demnach eine entsprechend hohe mechanische Gegenkraft notwendig, welche vom Betätigungsstößel 48 aufzubringen ist. Dieser weist dazu den konisch geformten Übergangsabschnitt 52 auf, dessen Spitzenwinkel ein Übersetzungsverhältnis zwischen der am Betätigungselement 48 angreifenden Axialkraft und der die Vorsteuerstufe 70 öffnenden Radialkraft bestimmt. Je stumpfer dieser Spitzenwinkel des Übergangsabschnitts 52 ausgelegt wird, desto höher ist eine vom Betätigungsstößel 48 auf die Vorsteuerstufenschleißelemente 74 übertragbare Radialkraft und desto kleiner fällt die, die Hauptsteuerstufe 44 beaufschlagende Axialkraft aus. Entsprechend höher ist das sich einstellende Übersetzungsverhältnis. Durch geeignete Wahl des Spitzenwinkels des Übergangsabschnitts 52 kann die wirksame Radialkraft sogar größer als die Axialkraft sein. Im Fall einer teilaktiven Bremsung wird Bremsdruck sowohl durch die Muskelkraft des Fahrers als auch durch Fremdkraft vom Druckerzeuger 30 bereitgestellt. Mit der Ansteuerung des Druckerzeugers 30 sinkt der Druck am zweiten Fluidanschuß 22 des Druckmittelventils 10 und der Unterdruck auf die druckmittelbeaufschlagte Seite des Kolbenabschnitts 56 des Betätigungsstößels 48 vermag zusammen mit der Kraft der Rückstellfeder 12 den Betätigungsstößel 48 in öffnende Richtung, also gem. 2 nach oben zu bewegen. Dabei öffnet der Betätigungsstößel 48 mit seinem Zylinderabschnitt 54 zunächst die Vorsteuerstufe 70, so das Druckmittel über die Vorsteuerstufe 70 in die Abströmnuten 80 und durch den zweiten Fluidanschluss 22 zur Saugseite des Druckerzeugers 30 strömen kann.
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Benötigt der Druckerzeuger 30 einen demgegenüber größeren Volumenstrom wird der Betätigungsstößel 48 weiter angehoben bis der Betätigungsstößel 48 mit seinem Stiftabschnitt 50 die Hauptsteuerstufe 44 öffnet. Bei hohem Druck am ersten Fluidanschluss 20 ist ein Öffnen der Hauptsteuerstufe 44 oftmals dar nicht notwendig, da druckbedingt genügend Voulmen selbst über die im Querschnitt gegenüber der Hauptsteuerstufe 44 kleinere Vorsteuerstufe 70 bereit gestellt werden kann.
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Bei einer vollaktiven Bremsung, bspw. einem ESP-Bremsvorgang, ist der Bremsdruck allein durch Fremdkraft erzeugt. Das Druckmittelsteuerventil 10 befindet sich dabei in seiner Grundstellung (Pos. 14; 1); Hauptsteuerstufe 44 und Vorsteuerstufe 70 sind geöffnet und dem am zweiten Fluidanschluss 22 angeschlossenen Druckerzeuger 30 steht ein Maximum an Druckmittelvolumen zur Verfügung.
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3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmittelventils im Querschnitt entlang der Achse III-III nach 2. Erkennbar ist das Ventilgehäuse 40 mit dem darin geführten Betätigungsstößel 48, wobei der Betätigungsstößel 48 im Bereich seines Zylinderabschnitts 54 (2) dargestellt ist. Ferner sind beispielhaft zwei Vorstufenkanäle 72 dargestellt, die quer zur Längsachse X-X des Druckmittelventils 10 ausgerichtet sind und zu beiden Seiten des Betätigungsstößels 48, einander gegenüberliegend am Ventilgehäuse 40 angeordnet sind. Verschließbar sind die beiden Vorstufenkanäle 72 durch Vorstufenschließelemente 74 in Form von Kugeln, welche allerdings in 3 vom Zylinderabschnitt 54 des Betätigungsstößels 48 aus ihren Vorstufenventilsitzen 76 gehoben sind. Die Vorstufe 70 ist demnach in der Offenstellung dargestellt. Die vom Ventilgehäuse 40 ausgebildete Innenwand umschließt den Betätigungsstößel 48 und bildet Führungssegmente 86 aus. In Umfangsrichtung befinden sich zwischen zwei dieser Führungssegmente 86 jeweils die Abströmnuten 80 bzw. die beiden Vorstufenkanäle 72. Insgesamt sind 4 Abströmnuten 80 vorhanden, welche zum Betätigungsstößel 48 hin offen sind und exemplarisch mit einem annähernd kreisförmigen Querschnitt ausgeführt sind. Bei offener Vorsteuerstufe 70 gelangt Druckmittel durch die Vorstufenventilsitze 76 in Führungsspalte 88 zwischen Ventilgehäuse 40 und Betätigungsstößel 48, von dort in die Abströmnuten 80 und schließlich zum in 3 nicht erkennbaren zweiten Fluidanschluss 22 des Druckmittelventils 10.
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4 zeigt ein zweites Ausführungsbesipiel eines erfindungsgemäßen Druckmittelventils 10, bei dem drei Vorstufenkanäle 72 mit drei Abströmnuten 80 jeweils im gegenseitigen Wechsel entlang des Umfangs einer Ausnehmung des Ventilgehäuses 40 zur Aufnahme des Betätigungsstößels 48 verteilt angeordnet sind. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denen der 3 und kennzeichnen die selben konstruktiven Elemente.
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5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmittelventils 10 im Längsschnitt. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegen sich die Vorstufenkanäle 72 nicht gegenüber, sondern sind auf unterschiedlichen Höhen in Richtung der Längsachse X-X des Druckmittelventils 10 betrachtet und damit zueinander axial versetzt angeordnet. Exemplarisch sind in 5 nur zwei Vorsteuerkanäle 72 dargestellt, selbstverständlich wäre es jedoch möglich mehr als zwei Vorsteuerkanäle 72 vorzusehen und jedem Vorstufenkanal 72 eine eigene axiale Höhe zuzuordnen, so dass also keine zwei Vorstufenkanäle 72 auf der selben Höhe angeordnet wären. Vorteil eines axialen Versatzes zwischen den Vorstufenkanälen 72 ist, dass von dem in das Innere des Ventilgehäuses 40 einfahrenden Betätigungsstößel 48 zunächst die Hauptsteuerstufe 44 und die Vorsteuerstufe 70 danach lediglich schrittweise geschlossen würde. Zuerst würde derjenige Vorstufenkanal 72 schließen, der der Hauptsteuerstuffe 44 am nächsten liegt, dann der in 5 weiter unten liegende zweite Vorstufenkanal 72 usw. bis letzten Endes die Vorsteuerstufe 70 vollständig schließt und die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Fluidanschluß 20, 22 unterbricht.
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Selbstverständlich sind weitere Änderungen oder Ergänzungen gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel denkbar, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
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In diesem Zussammenhang sei erwähnt, dass das beschriebene Druckmittelventil 10 als normal offenes Ventil beschrieben worden ist, gleichfalls aber auch als normal geschlossenes Ventil ausgeführt werden kann. Mögliche Dicht/-Führungselemente 58 für den Betätigungsstößel 48 können als Labyrinth-Dichtungen, Wellendichtringe, O-Ringe, Faltenbalgdichtungen aus Gummi oder Metall ausgebildet sein. Das Schließelement 46 der Hauptsteuerstufe 44 kann, wie beschrieben, federlos ausgeführt werden oder aber auch mit einer Schließfeder in Form einer Schraubenfeder oder einer Blattfeder aus Stahl, Kunststoff oder dgl. ausgestattet werden. Am Betätigungsstößel 48 kann der Übergangsabschnitt 52 in seiner Geometrie variiert werden um das Öffnungs- bzw. Schließverhalten bzw. das Übersetzungsverhältnis zwischen der am Kolbenabschnitt 56 des Betätigungsstößels 48 wirksamen Axialkraft und der die Vorsteuerstufe 70 betätigenden Radialkraft zu variieren. Die beschriebenen Abstömnuten 80 zwischen erstem Fluidanschluß 20 und zweiten Fluidanschluß 22 sind in verschiedenen Querschnittsformen ausführbar, beispielsweise mit rundem, ovalem oder eckigem Querschnitt. Die Anzahl vorhandener Vorsteuerkanäle 72 ist ebenso variabel, wie auch ihre Anordnung in Richtung der Längsachse X-X des Druckmittelventils 10, um eine gewünschte Ventilöffnungs bzw. -schließcharakteristik darzustellen.
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Prinzipiell erfolgt eine Betätigung des beschriebenen Druckmittelventils 10 über die Druckdifferenz zwischen den Drücken am zweiten Fluidanschluss 22 und dem auf der nicht fluidbeaufschlagten Rückseite des Kolbenabschnitts 56 des Betätigungsstößels 48 herrschenden Druck. Je größer diese Druckdifferenz ist, desto weiter schließt das Druckmittelventil 10 und desto stärker wird die Druckmittelverbdinung zwischen den Fluidanschlüssen 20, 22 gedrosselt. Dementsprechend höher fällt der Druckabfall im Druckmittelventil 10 aus bzw. desto niedriger ist das Druckniveau am zweiten Fluidanschluss 22 und damit an der Saugseite des daran angeschlossenen Druckerzeugers 30. Das Druckmittelventil 10 kann demnach auch dazu eingesetzt werden das Druckniveau am zweiten Fluidanschluss 22, respektive am daran angeschlossenen Verbraucher zu begrenzen um diesen beispielsweise vor druckbedingten Beschädigungen zu schützen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008002539 A1 [0001]
