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Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisch betätigbares Sperrventil mit einem Ventilkörper zum Öffnen und Schließen einer hydraulischen Leitung mit einem Steuerkolben, der auf den Ventilkörper einwirkt und der an eine Steuerkammer angrenzt, in die eine Steuerleitung einmündet.
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Ein derartiges Sperrventil ist in der
DE 41 36 108 A1 beschrieben. Bei dem Sperrventil handelt es sich um ein Rückschlagventil, das als Saugventil einer Pumpe fungiert. Der Ventilkörper des Ventils wird von einem Stößel in Öffnungsrichtung belastet, der mit einer Membran verbunden ist. Die Membran grenzt an eine Steuerkammer an, die über eine Steuerleitung mit der Atmosphäre verbunden ist. Mit Beginn eines Pumpvorganges entsteht vor dem Ventil ein Unterdruck, was zur Folge hat, dass die Membran und damit der Stößel aufgrund des äußeren atmosphärischen Druckes in der Steuerleitung verschoben werden. Dadurch wird das Rückschlagventil vollständig geöffnet und der weitere Ansaugvorgang der Pumpe kann ohne größeren Strömungswiderstand erfolgen.
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Hydraulisch betätigte Ventile werden auch in Ventilsystemen für eine ABS-Anlage eingesetzt, mit denen der Radbremsdruck in Radbremsen schlupfgeregelt gesteuert wird. In der Regel werden diese Ventile elektromagnetisch betätigt. Es sind aber auch Fälle denkbar, bei denen eine hydraulische Betätigung sinnvoll ist. In solchen Fällen muss allerdings das Ventil eine Hysterese aufweisen, d. h., der Öffnungsdruck zum Öffnen des Ventils muss kleiner sein als der Druck, bei dem das Ventil wieder schließt.
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Die Erfindung beruht auf der Aufgabe, ein hydraulisch betätigbares Sperrventil zu schaffen, dessen Schaltverhalten eine Hysterese aufweist.
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Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass der Steuerkolben in seiner Grundstellung die Einmündung der Steuerleitung in die Steuerkammer verschließt und dass die Querschnittsfläche der Einmündung kleiner ist als die Wirkfläche des Steuerkolbens im Bezug auf die Steuerkammer.
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Mit einem Druck in der Steuerleitung wird der Steuerkolben betätigt, der wiederum den Ventilkörper im öffnenden bzw. schließenden Sinne betätigt.
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Da der Steuerkolben in seiner Grundstellung zunächst die Einmündung der Steuerleitung in die Steuerkammer verschließt, wirkt der Druck nur auf eine Fläche des Steuerkolbens ein, die der Querschnittsfläche der Einmündung entspricht.
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Dementsprechend muss ein hoher Druck aufgebaut werden, bevor der Steuerkolben verschoben wird. Ist dieser Druck erreicht, wird der Steuerkolben verschoben und die Steuerleitung geöffnet, wobei der Steuerleitungsdruck auch in der Steuerkammer wirksam wird. Für die weitere Betätigung des Ventils ist nun die Wirkfläche des Steuerkolbens in Bezug auf die Steuerkammer bedeutsam. Dies wiederum hat zur Folge, dass erst bei einem Schließdruck, der kleiner ist als der Öffnungsdruck, der Steuerkolben wieder in seine die Steuerleitung schließende Grundstellung verschoben wird. Auf diese Weise wird die gewünschte Hystereseeigenschaft des Ventils verwirklicht.
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Um den Öffnungsdruck zu bestimmen, wird der Steuerkolben von einer Rückstellfeder in einem die Einmündung der Steuerleitung schließenden Sinne belastet.
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Vorzugsweise ist das Sperrventil als Schieberventil ausgebildet und somit der Ventilkörper als Schieber. Dies hat zur Folge, dass bei einem geschlossenen Sperrventil kein Druck auf den Ventilkörper wirkt, der Einfluss auf die Höhe des Öffnungsdrucks nehmen könnte.
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Um sowohl im öffnenden als auch im schließenden Sinne eine synchrone Bewegung vom Ventilkörper und Steuerkolben zu erhalten, ist vorgesehen, dass diese in einer einstückigen Baueinheit ausgebildet sind.
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In einer ersten Ausführung besteht die Baueinheit aus einem mit einem gewölbten Boden versehenen Hohlzylinder, wobei der Boden in der Grundstellung der Baueinheit dicht an der Einmündung der Steuerleitung in die Steuerkammer anliegt.
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Eine solche Ausgestaltung hat außerdem den Vorteil, dass beim Öffnen der Steuerleitung in Richtung auf die Steuerkammer ein kontinuierlicher Druckaufbau in der Steuerkammer erfolgt, da zwischen der Wand des gewölbten Bodens und einer konusförmigen Sitzfläche um die Einmündung der Steuerleitung ein relativ langer Spalt entsteht, in dem sich der Druck nur langsam ausbreiten kann.
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Vorzugsweise ist die Rückstellfeder innerhalb des Hohlzylinders angeordnet. Damit diese sich am gewölbten Boden abstützen kann, ist vorgesehen, dass an der Innenseite des Bodens der Baueinheit ein kalottenförmiger Körper anliegt, der ein Widerlager bildet, an dem die Rückstellfeder abgestützt ist.
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Vorzugsweise ist der Ventilkörper in einem Gehäuse mit einer Stufenbohrung angeordnet, wobei in der Stufenbohrung ein Stopfen eingesetzt ist, der eine zur Stufenbohrung axiale zylindrische Vertiefung aufweist, in der der Steuerkolben geführt ist. Auf diese Weise wird zwischen dem Boden der Vertiefung und dem Steuerkolben in einfacher baulicher Weise die Steuerkammer ausgebildet.
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Zur Realisierung der Steuerleitung ist vorgesehen, dass der Stopfen eine einen Teilabschnitt der Steuerleitung bildende Querbohrung aufweist, wobei die Querbohrung in einen Ringraum zwischen der Innenmantelfläche der Stufenbohrung und der Außenmantelfläche des Stopfens mündet.
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Im Folgenden wird anhand von drei Ausführungsbeispielen die Erfindung näher erläutert. Dazu zeigen
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1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung,
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2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
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3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung und
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4 ein Druck-/Wegdiagramm des Sperrventils zur Verdeutlichung der Schalthysterese.
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Im Folgenden wird zunächst auf die 1 Bezug genommen: Diese zeigt in einem Gehäuse 1 eine Stufenbohrung 2, die an einem Ende von einem Stopfen 3 verschlossen ist und deren anderes Ende als Auslass 4 eines Sperrventils 5 fungiert. Der Stopfen 3 weist eine sich in axialer Richtung erstreckende zylindrische Vertiefung 6 auf, die in Richtung auf den Auslass 4 weist. In dieser Vertiefung 6 ist ein Hohlzylinder 7 mit einem gewölbten Boden 8 geführt. An der Innenseite des Bodens liegt ein kalottenförmiger Körper an, der ein Widerlager 9 bildet. An dem Widerlager 9 stützt sich eine Rückstellfeder 10 an, deren anderes Ende gegen eine Stufe der Stufenbohrung 2 anliegt.
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An dem Ende des Stopfens 3, an dem sich die Vertiefung 6 befindet, liegt eine Ringdichtung 11 an einer Stufe der Stufenbohrung, die den Hohlzylinder 7 sowohl gegenüber der Vertiefung 6 als auch gegenüber der Stufenbohrung 2 abdichtet.
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Der Hohlzylinder 7 bildet den Ventilkörper 12 des Sperrventils 5. Dazu ist eine Querbohrung 13 im Gehäuse vorgesehen, die als Einlass 14 für das Sperrventil 5 dient. Diese Querbohrung 13 mündet in eine Ringnut 15, die in der hier gezeigten geschlossenen Grundstellung des Sperrventils 5 vom Hohlzylinder 7 überdeckt ist.
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Im Hohlzylinder 7 befinden sich Öffnungen 16, die bei einer Verschiebung des Hohlzylinders 7 unter Zusammendrücken der Rückstellfeder 10 in Überdeckung mit der Ringnut 15 gelangen, so dass eine Verbindung zwischen der als Einlass dienenden Querbohrung 13 und dem als Auslass 4 dienenden Ende der Stufenbohrung besteht. Die Ringnut 15 und die Öffnungen 16 realisieren somit das Sperrventil 5.
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Zur Betätigung des Sperrventils 5 verläuft im Stopfen 3 eine Querbohrung 17 und eine in der Achse des Stopfens 3 liegende Längsbohrung 18, die einerseits in die Querbohrung 17 und andererseits in die Vertiefung 6 einmündet. Um die Einmündung herum befindet sich eine konusförmige Anlagefläche 19. Ober- und unterhalb der Querbohrung 17 ist der Stopfen 3 in der Stufenbohrung 2 verclincht, wobei ein Ringraum 20 zwischen der inneren Mantelfläche der Stufenbohrung 2 und der Außenmantelfläche des Stopfens 3 entsteht. Dieser Ringraum ist mit einer Querbohrung 21 im Gehäuse 1 des Sperrventils verbunden. Über die Querbohrung 21 im Gehäuse 1, dem Ringraum 20, der Querbohrung 17 im Stopfen 3 und der Längsbohrung 18 kann ein Steuerdruck auf den Boden 8 ausgeübt werden. Die Bohrungen und der Ringraum bilden somit eine Steuerleitung 22.
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Der obere Bereich der Vertiefung 6, die vom Boden 8 begrenzt wird, bildet eine Steuerkammer 23.
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Die Ausführung nach 2 entspricht im Wesentlichen der Ausführung nach 1, so dass gleiche Teile mit den selben Bezugszeichen versehen werden. Der Hohlzylinder 7 weist allerdings keinen gewölbten Boden auf, sondern geht in einen Vollzylinder 24 über, dessen Durchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des Hohlzylinders 7. Der Vollzylinder 24 weist eine Ringnut 25 auf, in der eine Ringdichtung 26 liegt, mit der der Vollzylinder 24 gegenüber der Vertiefung 6 gedichtet ist.
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Um die Steuerleitung 22 zu verschließen, besitzt der Vollzylinder einen zylindrischen Fortsatz 27, der in die Längsbohrung 18 eintaucht und damit verschließt. Der Durchmesser des Fortsatzes 27 ist wiederum kleiner als der Durchmesser des Vollzylinders 24.
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Da der Hohlzylinder 7 keinen gewölbten Boden aufweist, wird auch kein gesondertes Widerlager benötigt. Vielmehr kann die Rückstellfeder 10 sich unmittelbar an dem flachen Boden des Hohlzylinders 7 abstützen.
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Die 3 entspricht im Wesentlichen der Ausführung nach 2. Allerdings ist die Vertiefung 6 im Stopfen 3 zweistufig ausgeführt, wobei in der oberen Stufe 6a – wie in der Ausführung nach 2 – der Vollzylinder 24 geführt ist, während die untere Stufe 65b als Führung für den Hohlzylinder 7 dient.
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Der Stopfen 3 ist unterhalb der den Einlass des Sperrventils 5 bildenden Querbohrung 13 gegenüber der Stufenbohrung 2 gedichtet.
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Der Stopfen 3 mit dem darin sich befindenden Hohlzylinder 7 ist als Kartusche ausgebildet, wozu ein Bodendeckel 28 vorgesehen ist, der die Vertiefung 6 im Stopfen 3 verschließt und der als eine Anlage für die Rückstellfeder 10 dient. Der Bodendeckel 28 ist z. B. über eine Clinchverbindung mit dem Stopfen 3 verbunden, so dass die vorgefertigte Kartusche in die Stufenbohrung 2 des Gehäuses 1 eingeführt werden kann.
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Entscheidend bei allen drei Ausführungen ist, dass die Fläche des Bodens 8, die der Längsbohrung 18 gegenüber liegt bzw. die Fläche der Fortsätze 27 gemäß den 2 und 3, die in die Längsbohrung 18 eintauchen, kleiner sind als der Durchmesser der Vertiefung, die in ihrem oberen Bereich, der vom Boden 8 bzw. von der Stirnfläche des Vollzylinders 24 begrenzt wird, die Steuerkammer 23 bildet.
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Der Effekt, der damit erreicht wird, ist im Diagramm der 4 gezeigt. Diese weist der X-Achse den Druck in der Steuerleitung 22 auf und auf der Y-Achse den Federweg, also den Verschiebeweg des Hohlzylinders 7, der als Ventilkörper 12 für das Sperrventil 5 dient. Wenn ein Druck in der Steuerleitung 22 aufgebaut wird, so wirkt er zunächst nur auf den Teil des Bodens 8, der der Längsbohrung 17 unmittelbar gegenüber liegt bzw. nur auf die Stirnfläche des Fortsatzes 27.
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Da diese Fläche klein ist, muss ein relativ hoher Öffnungsdruck 29 erreicht werden, um die Kraft der Rückstellfeder 10 zu überwinden. Wenn diese erreicht ist, verschiebt sich der Ventilkörper 12, so dass bei einem bestimmten Verschiebeweg die Längsbohrung 18 zur Steuerkammer 23 hin geöffnet wird und sich der Druck der Steuerleitung 22 in der gesamten Steuerkammer 12 ausweitet.
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Mit weiterer Erhöhung des Drucks in der Steuerleitung 22 und in der Steuerkammer 23 wird die Rückstellfeder 10 weiter zusammen gedrückt, bis das Sperrventil 5 öffnet, weil die Öffnung 16 in Überdeckung mit der Ringnut 15 gelangt (bzw. mit einer Zwischenbohrung 30 gemäß der 3). Der Schaltweg des Ventilkörpers läuft also beim Öffnen über den unteren Pfad 32 im Diagramm der 4.
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Zum Schließen des Ventils wird der Druck in der Steuerleitung 22 gesenkt, wodurch die Rückstellfeder sich wieder entspannt. Da der Steuerdruck beim erneuten Verschließen des Sperrventils 5 aber auf eine sehr viel größere Fläche des Hohlzylinders 7 als beim Öffnen einwirkt, kann dieser bis zum Schließdruck 31, der kleiner ist als der Öffnungsdruck 29, gesenkt werden, bevor die Kraft der Rückstellfeder 10 den Hohlzylinder 7 wieder in die Grundstellung bringt und damit das Sperrventil 5 schließt. Der Schaltweg des Ventilkörpers läuft also beim Schließen über den oberen Pfad 33 im Diagramm der 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Stufenbohrung
- 3
- Stopfen
- 4
- Auslass
- 5
- Sperrventil
- 6
- zylindr. Vertiefung
- 7
- Hohlzylinder
- 8
- gewölbter Boden
- 9
- Widerlager
- 10
- Rückstellfeder
- 11
- Ringdichtung
- 12
- Ventilkörper
- 13
- Querbohrung
- 14
- Einlass
- 15
- Ringnut
- 16
- Öffnung
- 17
- Querbohrung
- 18
- Längsbohrung
- 19
- Anlagefläche
- 20
- Ringraum
- 21
- Querbohrung
- 22
- Steuerleitung
- 23
- Steuerkammer
- 24
- Vollzylinder
- 25
- Ringnut
- 26
- Ringdichtung
- 27
- Fortsatz
- 28
- Bodendeckel
- 29
- Öffnungsdruck
- 30
- Zwischenbohrung
- 31
- Schließdruck
- 32
- untere Pfad
- 33
- obere Pfad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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