DE19536619A1 - Ventil für eine hydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Ventil für eine hydraulische Bremsanlage für KraftfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Ventil nach der Gattung des
Patentanspruchs 1.
In schlupfgeregelten hydraulischen Bremsanlagen finden Ven
tile Verwendung, welche in ihrer elektromagnetbetätigten
Schließstellung sehr hohen hydraulischen Öffnungskräften
unterworfen sind. Der elektromagnetische Kreis dieser Venti
le muß daher in der Ventilschließstellung eine Zuhaltekraft
auf den Magnetanker aufbringen, welche größer ist als die
maximale hydraulische Öffnungskraft zuzüglich der Kraft
einer Rückstellfeder. Ein derart ausgelegter Magnetkreis be
nötigt einen entsprechenden Einbauraum und verhindert die
Anordnung derartiger Ventile in raumsparender dichter
Packung. Darüber hinaus verursachen solche Ventile erheb
liche Schaltgeräusche.
Aus DE 31 26 246 A1 ist ein gattungsgemäßes Ventil bekannt,
bei dem zur Verringerung der Zuhaltekraft durch am Stößel
wirksamen Druckausgleich ein relativ kurzer Stift im ventil
domseitigen Endabschnitt des durch den Magnetanker hindurch
geführten und mit diesem formschlüssig vereinigten Stößels
längsbewegbar in einer Längsbohrung desselben angeordnet
ist. Um den in Relation zu seinem Durchmesser sehr langen
Stößel nur gering zu schwächen, ist die Längsbohrung ledig
lich im ventildomseitigen Endabschnitt an den Stift ange
paßt, im übrigen aber auf einen sehr kleinen Durchmesser re
duziert. Damit ist nicht nur die Fertigung des Stößels er
schwert, von Nachteil ist auch die Vereinigung von Stößel
und Magnetanker, weil dies eine den Magnetkreis schwächende
Schiefstellung des Ankers im Ventildom aufgrund von Ferti
gungstoleranzen zwischen Stößel und Magnetanker hervorrufen
kann.
Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merkma
len des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß
sich Fluchtungs- und Winkelfehler von Magnetanker und Stößel
nicht auf das jeweils andere Bauteil übertragen können. Der
Magnetanker kann daher mit sehr geringem radialen Spiel im
Ventildom geführt werden. Entsprechend der Trennung von
Magnetanker und Stößel ist auch der Stift geteilt, was die
Fertigung der Längsbohrung im Magnetanker erleichtert. Die
druckausgleichende Wirkung ist mit hoher Funktionssicher
heit erzielt, insbesondere wenn die Weiterbildungen des er
findungsgemäßen Ventils gemäß den Ansprüchen 2 und 3 Anwen
dung finden.
Auch mit den in den weiteren Unteransprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserun
gen des im Patentanspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
Die im Anspruch 4 gekennzeichnete Maßnahme erhöht die Wirk
samkeit der Abdichtung des Stifts in der Längsbohrung des
Stößels, weil bei einem Temperaturanstieg sich einerseits
die Viskosität des Druckmittels vermindert, andererseits
aber der an sich schon sehr kleine Dichtspalt zwischen Stift
und Stößel aufgrund der Werkstoffwahl eine Verkleinerung er
fährt. Die geringe Leckage des Druckmittels durch den Dicht
spalt bleibt bei einer Temperaturerhöhung somit weitgehend
gleich.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 hat den
Vorteil, daß beim Schalten des Ventils die Druckmittelströ
mung durch die Blende eine viskositätsunabhängige Verlangsa
mung erfährt. Diese Maßnahme führt zu einer Verminderung der
Geschwindigkeit von Magnetanker und Stößel während des
Schaltvorgangs mit der Folge leiserer Schaltgeräusche.
Zur Verminderung des Schaltgeräusches dient auch die Maßnah
me nach Anspruch 6, weil sich die durch die Längsbohrung be
dingte Querschnittsminderung des Stößels über einen großen
Teil seiner Länge erstreckt, was die Elastizität des Stößels
in Längsrichtung erhöht. Beim Auftreffen des am Stößel be
findlichen Schließgliedes auf den Ventilsitz wird hierdurch
neben dem Schaltgeräusch auch der Verschleiß der Sitzventil
teile durch verminderte Aufschlagskräfte verringert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
anhand eines Längsschnitts durch ein elektromagnetisch betä
tigbares Ventil vereinfacht dargestellt und in der nachfol
genden Beschreibung näher erläutert.
In der Figur ist neben einem elektromagnetbetätigten Ventil
1 nur ein Teil einer hydraulischen Bremsanlage mit
Schlupfregelung dargestellt. Eine derartige Bremsanlage und
deren Funktion ist in DE 41 19 662 A1 dargestellt und be
schrieben. Zu der Bremsanlage gehört ein durch ein Pedal 2
betätigbarer, zweikreisiger Hauptbremszylinder 3 mit einem
Druckmittel-Vorratsbehälter 4. Vom Hauptbremszylinder 3 geht
wenigstens eine Leitung 5 zu wenigstens einem Radbremszylin
der 6 einer Radbremse aus. In der Leitung ist das Ventil 1
in der Form eines 2/2-Wegeventils angeordnet. Das Ventil 1
hat eine durch Federbetätigung erzeugbare Durchlaßstellung,
in welcher Druckmittelmengen zwischen dem Hauptbremszylinder
3 und dem Radbremszylinder 6 verschoben werden können. In
seiner elektromagnetisch betätigten Schließstellung trennt
das Ventil 1 einen Druckmittelfluß zwischen dem Hauptbrems
zylinder 3 und dem Radbremszylinder 6. zwischen dem Ventil 1
und dem Radbremszylinder 6 ist an die Leitung 5 ein Auslaß
ventil 7 und eine Pumpe 8 angeschlossen, um bei einer
Schlupfregelung dem Radbremszylinder entnommenes Druckmittel
zurück zum Hauptbremszylinder 3 zu fördern.
Das Ventil 1 weist ein zur Aufnahme in einem nicht darge
stellten Ventilblock bestimmtes Ventilgehäuse 9 auf, welches
mit einer Jochscheibe 10 fest verbunden ist. Das Ventilge
häuse 9 ist über die Jochscheibe 10 hinaus mit einem Polkern
11 fortgesetzt. Mit dem Polkern 11 ist ein hülsenförmiger
Ventildom 12 dicht verbunden. Polkernabgewandt besitzt der
Ventildom 12 eine halbkugelförmige Stirnwand 13.
Der Ventildom 12 ist von einer ringförmigen Magnetspule 16
umgriffen. Ein glockenförmiges Gehäuse 17 umschließt die
Magnetspule 16. Das Gehäuse 17 greift einerseits am Ventil
dom 12 an; andererseits ist es mit der Jochscheibe 10 ver
bunden.
Im spulenseitig geschlossenen Ventildom 12 ist ein Magnet
anker 20 längsbewegbar aufgenommen. Vom Magnetanker 20 geht
ein Stößel 21 aus. Der Magnetanker 20 und der Stößel 21 sind
getrennte Bauteile. Der Stößel 21 ist in einer Längsbohrung
22 des Ventilgehäuses 9 mit radialem Spiel aufgenommen. An
seinem vom Anker abgewandten Ende ist der Stößel 21 als
halbkugelförmiges Schließglied 23 ausgebildet.
In den ankerabgewandten Abschnitt der Längsbohrung 22 ist
ein buchsenförmiger Ventilkörper 26 mit einer Durchgangs
bohrung 27 eingepreßt, welche in einen Ventilsitz 28 mündet.
Dieser ist als kegelförmige Ansenkung des Ventilkörper 26
ausgebildet. Das Schließglied 23 und der Ventilsitz 28 sind
Teil eines Sitzventils 29, zu dem eine vorgespannte Rück
stellfeder 30 gehört, welche einerseits am Stößel 21 und
andererseits am Ventilkörper 26 abgestützt ist. Aufgrund der
Wirkung der Rückstellfeder 30 greifen der Stößel 21 und der
Magnetanker 20 kraftschlüssig aneinander an. Das Sitzventil
29 befindet sich in einer Ventilkammer 31, welche in eine
Querbohrung 32 des Ventilgehäuses 9 übergeht. Während der
ankerabgewandte Teil der Längsbohrung 22 des Ventilgehäuses
9 die mit dem Hauptbremszylinder 3 verbundene Zuströmseite
33 des Ventils 1 bildet, stellt die Querbohrung 32 die mit
dem Radbremszylinder 6 verbundene Abströmseite 34 dar. Der
Durchgang des Ventils 1 zwischen Zuströmseite 33 und Ab
strömseite 34 wird durch das Sitzventil 29 geschaltet.
In der gemeinsamen Achse von Magnetanker 20, Stößel 21 und
Ventilkörper 26 geht vom Schließglied 23 eine den Stößel in
seiner vollen Länge durchdringende Längsbohrung 37 aus. Ven
tilkörperseitig hat die Längsbohrung 37 zunächst einen
Bohrungsabschnitt 38, dessen Durchmesser kleiner ist als der
freie Durchgang des Ventilkörpers 26. Gegen den Magnetanker
20 ist der Bohrungsabschnitt 38 durch eine Blende 39 abge
schlossen. Auf diese folgend geht die Längsbohrung 37 in
einen ankerseitigen Bohrungsabschnitt 40 über, dessen Quer
schnitt wenigstens annähernd dem Dichtquerschnitt des Ven
tilsitzes 28 entspricht. Im Bohrungsabschnitt 40 ist ein
erster Stift 41 längsbewegbar aufgenommen. Der Stift 41 er
streckt sich einerseits bis nahe an die Blende 39 und ande
rerseits bis nahe an die Trennfläche 42 zwischen dem Stößel
21 und dem Magnetanker 20. Durch eine sehr enge Tolerierung
und hohe Oberflächengüte von Bohrungsabschnitt 40 und Stift
41 besteht ein sehr geringes Spiel zwischen den beiden Bau
teilen. Die Passung zwischen dem Stift 41 und dem Bohrungs
abschnitt 40 ist daher als leckagearm anzusehen und dadurch
weitgehend druckdicht. Außerdem besteht der Stift 41 aus
einem Werkstoff mit höherem Temperaturausdehnungskoeffizien
ten als demjenigen des Stößelwerkstoffs. Bei Temperaturän
derungen bleibt daher die Leckage zwischen den beiden Teilen
weitgehend gleich.
Die Längsbohrung 37 des Stößels 21 findet in einer achs
gleich verlaufenden, durchgehenden Längsbohrung 45 des
Magnetankers 20 ihre Fortsetzung. In der Längsbohrung 45 ist
ein zweiter Stift 46 aufgenommen. Dieser ist, wie in der
Figur dargestellt, mit seinem einen Ende an der Stirnwand 13
des Ventildoms 12 abgestützt. Mit seinem anderen, zapfenför
mig ausgebildeten Ende greift er am Stift 41 des Stößels 21
kraftschlüssig an. Die Passung zwischen dem zweiten Stift 46
und der Längsbohrung 45 des Magnetankers 20 kann größeres
Spiel aufweisen als zwischen dem ersten Stift 41 und dem
Stößel 21.
Das Ventil hat folgende Wirkungsweise:
In der gezeichneten Durchlaßstellung des Ventils 1 kann
durch Betätigen und Lösen des Pedals 2 Druckmittel zwischen
dem Hauptbremszylinder 3 und dem Radbremszylinder 6 und um
gekehrt verschoben werden. Der vom Hauptbremszylinder 3 er
zeugte Druck pflanzt sich, ausgehend von der Ventilkammer
31, durch die Längsbohrung 22 des Ventilgehäuses 9 in den
Ventildom 12 fort. Aufgrund dieser druckmittelleitenden Ver
bindung zwischen der abströmseitigen Ventilkammer 31 und dem
Ventildom 12 sind in dieser Stellung des Ventils 1 der
Stößel 21 und der Magnetanker 20 druckausgeglichen. Beim Um
schalten des Ventils 1 in die Sperrstellung muß daher die
durch Bestromen der Magnetspule 16 erzeugte, auf den Magnet
anker 20 wirkende Magnetkraft im wesentlichen nur die Vor
spannkraft der Rückstellfeder 30 sowie durch Staudruck am
Stößel 21 erzeugte Kräfte überwinden. Aufgrund der Magnet
kraft werden der Magnetanker 20 und der Stößel 21 in Rich
tung auf den Ventilkörper 26 bewegt. Da eine hydraulische
Säule auf der blendenseitigen Stirnseite des ersten Stiftes
41 lastet, verbleiben die beiden Stifte 41 und 46 in ihrer
gezeichneten Lage, das heißt während der erste Stift 41 am
zweiten Stift 46 angreift, stützt sich letzterer an der
Stirnwand 13 des Ventildoms 12 ab. Die im Bohrungsabschnitt
38 des Stößels 21 befindliche Druckmittelsäule muß bei der
Bewegung des Stößels 21 gegen den Ventilkörper 26 zum Teil
die Blende 39 überwinden, um den sich bei der Stößelbewegung
vergrößernden Raum zwischen der Blende und der angrenzenden
Stirnseite des Stiftes 41 aufzufüllen. Dabei wirkt die
Blende 39 als viskositätsunabhängige Drossel, welche eine
Verlangsamung der Schließbewegung und in umgekehrter Rich
tung auch der Öffnungsbewegung des Ventils 1 hervorruft. In
Verbindung mit dem relativ schlanken, aufgrund der Längsboh
rung 37 einen kleinen Querschnitt aufweisenden Stößel 21,
was dessen Elastizität in Längsrichtung erhöht, vermindert
die verlangsamte Stößelbewegung das Schaltgeräusch des Ven
tils 1, wenn das Schließglied 23 des Stößels 21 auf den
Ventilsitz 28 des Ventilkörpers 26 auftrifft.
Das Ventil 1 wird in seine Sperrstellung geschaltet, wenn
Zwecke der Schlupfregelung im Radbremszylinder 6 der Druck
verringert oder konstant gehalten wird. Aufgrund des an der
Zuströmseite 33 des Ventils 1 höheren Drucks als auf der Ab
strömseite 34 tritt am Sitzventil 29 eine Druckdifferenz
auf. Diese führt jedoch zu keiner Erhöhung der Zuhaltekraft
des Ventils 1: Da der Querschnitt des ersten Stiftes 41 dem
Dichtquerschnitt des Ventilsitzes 28 wenigstens annähernd
entspricht und die Passung zwischen dem Stift 41 und der
Längsbohrung 37 des Stößels 21 weitgehend druckdicht ist,
vermag sich der Differenzdruck nicht durch die Längsbohrung
37 auf die ankerseitige Stirnseite des Stößels 21 sowie in
den Ventildom 12 fortzupflanzen. Der Stößel 21 und der
Magnetanker 20 sind daher auf ihren jeweiligen beiden von
einander abgewandten Stirnseiten weiterhin dem abströmseiti
gen Druck unterworfen und bleiben druckausgeglichen. Der
Differenzdruck bewirkt aber an der blendenseitigen Stirn
seite des ersten Stiftes 41 eine auf den Magnetanker 20 ge
richtete Kraft. Diese Kraft wird jedoch vom ersten Stift 41
auf den zweiten Stift 46 übertragen und von diesem auf die
Stirnwand 13 des Ventildoms 12 abgeleitet.
Beim Abschalten der Bestromung der Magnetspule 16 bricht die
Magnetkraft zusammen. Die Rückstellfeder 30 stellt den
Stößel 21 und den Magnetanker 20 gegen im wesentlichen Rei
bungskräfte zwischen den beiden Stiften 41 und 46 einerseits
und dem Stößel 21 sowie dem Magnetanker 20 andererseits und
an der Blende 39 verursachte hydraulische Kräfte zurück.
Claims (7)
1. Elektromagnetisch betätigbares Ventil (1) für eine
hydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, insbesondere
mit Schlupfregelung, mit
- - einem entgegen der Kraft einer vorgespannten Rückstell feder (30) in seine Schließstellung überführbaren Sitzventil (29), dessen Ventilsitz (28) mit der Zuströmseite (33) und dessen Schließglied (23) mit der Abströmseite (34) des Ven tils (1) in Verbindung steht,
- - einem das Schließglied (23) aufweisenden Stößel (21),
- - einem mit dem Stößel (21) zusammenwirkenden Magnetanker (20) in einem Ventildom (20), der druckmittelleitend mit der Abströmseite (34) des Ventils (1) verbunden ist,
- - einer zuströmseitig vom Schließglied (23) ausgehenden Längsbohrung (37) des Stößels (21), in der ein an einer Wand (13) des Ventildoms (12) abgestützter, längsbewegbarer Stift (41, 46) weitgehend druckdicht aufgenommen ist, dessen Quer schnitt wenigstens annähernd dem Dichtquerschnitt des Ven tilsitzes (28) entspricht,
gekennzeichnet durch die Merkmale:
- - der Magnetanker (20) und der Stößel (21) sind zwei ge trennte, kraftschlüssig aneinander abgestützte Bauteile,
- - die Längsbohrung (37) des Stößels (21) ist im Magnetanker (20) fortgesetzt,
- - der Stift (41, 46) ist zweiteilig ausgebildet, wobei sich der zweite Teil (46) in der Längsbohrung (45) des Magnetan kers (20) erstreckt.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Stift (41, 46) im Bereich der Trennfläche (42) zwischen dem
Magnetanker (20) und dem Stößel (21) geteilt ist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teile (41, 46) des Stifts kraftschlüssig aneinander
abgestützt sind.
4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
stößelseitige Teil (41) des Stift aus einem Werkstoff mit
höherem Temperaturausdehnungskoeffizienten als demjenigen
des Stößelwerkstoffs besteht.
5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Längsbohrung (37) des Stößels (21) im schließgliedseitigen
Abschnitt (38) als Blende (39) ausgebildet ist.
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich
der im Stößel (21) aufgenommene Stift (41) annähernd bis an
die Blende (39) erstreckt.
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