DE19711289A1

DE19711289A1 - Ventil, insbesondere für eine hydraulische Bremsanlage

Info

Publication number: DE19711289A1
Application number: DE1997111289
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Dr Feigel
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-09-24

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, insbesondere für eine hydraulische Bremsanlage, mit einer Einlaßkammer, einer ersten steuerbaren Öffnung zwischen der Einlaßkammer und einer ersten Auslaßkammer sowie einer zweiten steuerbaren Öffnung zwischen der Einlaßkammer und einer zweiten Auslaßkammer, einem ersten Schließkörper für die erste Öffnung und einem zweiten Schließkörper für die zweite Öffnung, wobei zumindest der zweite Schließkörper eine an die Einlaßkammer angrenzende Wirk fläche aufweist, so daß ein Druck in der Einlaßkammer den zweiten Schließkörper in Schließrichtung belastet, und einem Kolben, der mit dem zweiten Schließkörper in Wirkverbindung steht.

Ein solches Ventil ist in der DE 41 12 136 A1 beschrieben. Es ist für eine hydraulische Bremsanlage mit einer Blockierschutz- und Antriebsschlupf-Regeleinrichtung vorgesehen, die u. a. einen Hauptzylinder, eine Rückförderpumpe sowie ein oder mehrere Radbremsen beinhaltet. Die erste steuerbare Öffnung bildet zusammen mit dem ersten Schließkörper ein sogenanntes Umschaltventil. Es ist normalerweise geschlossen und liegt in der Verbindung zwischen dem Hauptzylinder und der Saugseite der Rückförderpumpe. Die zweite steuerbare Öffnung bildet zusammen mit dem zweiten Schließkörper ein sogenanntes Trennventil. Dies ist normalerweise geöffnet und liegt in der Verbindung zwischen dem Hauptzylinder und den Radbremsen. Während einer Blockierschutzregelung ist die erste Öffnung geschlossen und die zweite Öffnung offen, während bei einer Antriebsschlupfregelung der umgekehrte Fall vorliegt. Es reicht daher aus, wie auch in der Offenlegungsschrift angegeben, eine gemeinsame (elektromagnetische) Betätigung für beide Ventile vorzusehen.

Der zweite Schließkörper wird außerdem von einer Feder in Schließrichtung belastet, so daß das Trennventil als Über druckventil fungiert. Dabei ist nachteilig, daß der Öffnungsquerschnitt der zweiten Öffnung gleichzeitig die Wirkfläche für den Öffnungsdruck bestimmt: Da aber der Öffnungsquerschnitt der zweiten Öffnung relativ groß gewählt werden muß, da sie in der Bremsleitung liegt und keine Drosselwirkung entfalten darf, muß eine entsprechend starke Feder gewählt werden, um den geforderten Öffnungsdruck realisieren zu können. Die Erfindung beruht somit u. a. auf der Aufgabe, das Ventil so zu gestalten, daß eine relativ schwache Feder vorgesehen werden kann.

Für einige Anwendungen kann es von Vorteil sein, das Trennventil regelbar zu gestalten, so daß es möglich ist, den Druck in den an die Auslaßkammer angeschlossenen Radbremsen nach vorgegebenen Regelalgorithmen frei einstellen zu können. Für eine rasche Anpassung des Drucks in den Radbremsen an den gewünschten Werten ist es allerdings notwendig, daß das Ventil schnell schaltet.

Zur Lösung der Aufgaben wird vorgeschlagen, daß eine mit der Einlaßkammer in Verbindung stehende Ventilkammer über ein Durchgang mit der zweiten Auslaßkammer verbunden ist, wobei durch diesen Durchgang der Kolben gedichtet hindurchgeführt ist und die Ventilkammer mit einer Wirkfläche begrenzt, so daß der zweite Schließkörper in Öffnungsrichtung belastet ist, wenn in der Ventilkammer ein Druck ansteht.

Wenn die Wirkflächen, d. h. die Wirkfläche des Schließkörpers und die Wirkfläche des Kolbens gleich groß sind, ist das Trenn ventil druckausgeglichen, so daß unabhängig vom Druck in der zweiten Auslaßkammer der effektive Öffnungsquerschnitt des Trennventils z. B. mittels eines geregelten Proportionalmagneten feinfühlig eingestellt werden kann, da das Ventil druckausgeglichen ist.

Um eine Überdruckventilfunktion zu realisieren, wird die Wirkfläche des Kolbens größer eingestellt als die Wirkfläche des Schließkörpers, und gleichzeitig eine Druckbegrenzungsfeder vorgesehen, so daß der Druck in der Auslaßkammer bezogen auf die Differenz der Wirkflächen gegen die Druckbegrenzungsfeder arbeiten kann und das Trennventil öffnet, sobald der Druck in der Lage ist, den Kolben und den mit ihm wirkverbundenen Schließkörper in Öffnungsrichtung zu betätigen. Da die Differenz der Wirkflächen unabhängig ist vom Öffnungsquerschnitt des Trennventils, kann eine nur wenig vorgespannte Feder eingesetzt und gleichzeitig ein großer Öffnungsquerschnitt des Trennventils realisiert werden.

Insbesondere für den Fall, daß das Ventil druckausgeglichen ausgelegt sein soll, bietet es sich an, den zweiten Schließkörper als Schieber auszubilden, d. h. daß im geschlossenen Zustand des Trennventils eine Spaltdichtung vorliegt. Bei unterschiedlichen Wirkflächen bietet es sich an, daß Trennventil als Sitzventil auszubilden, also eine Berührungsdichtung vorzusehen.

Da, wie oben schon erläutert, beide steuerbaren Öffnungen gleichzeitig umgesteuert werden, können die Schließkörper einstückig miteinander ausgebildet werden und mit einem vorzugsweise in der Ventilkammer angeordneten Betätigungskolben verbunden werden. Der Betätigungskolben wird vorzugsweise vom Magnetanker eines Elektromagnetventils gebildet.

Falls für das Trennventil keine Druckbegrenzungsfunktion vorgesehen ist, kann der gemeinsame Schließkörper fest mit dem Magnetanker verbunden werden, während für den Fall einer Druck begrenzungsfunktion eine Federkoppelung vorzusehen ist.

Um eine möglichst kleine Baueinheit zu erzielen, wird vorgeschlagen, die zweite Auslaßkammer zwischen der Einlaßkammer und der Ventilkammer vorzusehen.

Der Kolben kann auf zwei Weisen in das System eingegliedert werden. Zum einen kann er zusammen mit dem zweiten Schließkörper einen druckausgeglichenen Hohlschieber bilden, der auf einer stößelartigen Verlängerung des ersten Schließkörpers gleitet und mittels einer am Betätigungskolben abgestützten Ventilfeder gegen einen Anschlag am ersten Schließkörper gehalten ist. Eine andere Ausführung besteht darin, daß der Kolben, das erste Schließglied und das zweite Schließglied in einem Stück ausgebildet sind. Die Verbindung zwischen der Einlaßkammer und der Ventilkammer erfolgt jeweils mittels einer Längsbohrung in der stößelartigen Verlängerung des ersten Schließkörpers.

Die Erfindung soll im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 den hydraulischen Schaltplan einer hydraulischen Bremsanlage, um die Einsatzmöglichkeiten des Ventils zu verdeutlichen,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform des Ventils mit einem druckausgeglichenen Trennventil und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des Ventils mit einer integrierten Druckbegrenzungsfunktion.

Zunächst wird auf die Fig. 1 Bezug genommen. Die Bremsanlage besteht aus einem zweikreisigen Hauptbremszylinder 1, an den über zwei Bremsleitungen 2, 3 Radbremsen 4, 5, 6, 7 an geschlossen sind. Diese bilden zwei Bremskreise. Jede Radbremse ist mit einem Modulationsventil 8, 9, 10, 11 versehen. Weiterhin ist jeder Bremskreis mit einem Rückförderkreis 12, 13 mit jeweils einer Rückförderpumpe 14, 15 versehen. Jedes Modulationsventil kann in drei Schaltstellungen geschaltet werden, so daß der Druck in der jeweiligen Radbremse erhöht, gehalten oder gesenkt werden kann. Im letzteren Fall wird Druckmittel aus den Radbremsen entnommen, in den jeweiligen Rückförderkreis 12, 13 gebracht und von dort von der Rückförderpumpe 14, 15 in die zugehörige Bremsleitung zurückgefördert. Mit einem derartigen System kann der Bremsdruck in den jeweiligen Radbremsen so variiert werden, daß die Räder bei einer Bremsung einen Bremsschlupf aufweisen, der es erlaubt, maximale Bremskräfte und ausreichende Seitenführungskräfte zu übertragen.

Mit einer Erweiterung kann ein derartiges hydraulisches Bremssystem auch genutzt werden, um eine Antriebsschlupfregelung durchzuführen. Dazu muß zumindest ein Rückförderkreis 12 mit dem Vorratsbehälter 16 des hydraulischen Systems verbunden und die Bremsleitung 2 oberhalb der Einmündung des Rückförderkreises 12 unterbrochen werden. Der initiale Druckaufbau erfolgt bei einer Antriebsschlupfregelung nicht durch die willkürliche Betätigung des Hauptbremszylinders 1 durch den Fahrer, sondern dadurch daß die Rückförderpumpe 14 Druckmittel aus dem Vorratsbehälter 16 ansaugt und in die vom Hauptbremszylinder 1 getrennte Bremsleitung 2 fördert. Um diese Schaltung zu realisieren, ist in der Bremsleitung ein sogenanntes Trennventil und in der Verbindung des Rückförderkreises mit dem Vorratsbehälter 16 ein sogenanntes Umschaltventil vorgesehen. Diese beiden Ventile können durch ein elektromagnetisch betätigbares 3/2 Wegeventil 17 dargestellt werden, dem zusätzlich ein Druckbegrenzungsventil 18 parallel geschaltet ist.

Das Ventil 17 verfügt über einen Einlaß 17.1 und zwei Auslässe 17.2, 17.3. Wenn der Elektromagnet das Ventils 17 nicht betätigt ist, sind die Anschlüsse 17.1 und 17.3 miteinander verbunden, während der Auslaß 17.2 gesperrt ist: Die Bremsleitung 2 ist offen, so daß eine Druckbeaufschlagung des Bremskreises durch Betätigung des Hauptbremszylinders erfolgen kann. Für eine Antriebsschlupfregelung wird das Ventil 17 durch Erregung des Elektromagneten umgeschaltet, so daß der Auslaß 17.3 gesperrt und der Einlaß 17.1 mit dem Auslaß 17.2 verbunden ist. In diesem Fall ist die Saugseite der Pumpe 14 mit dem Vorratsbehälter 16 verbunden (bei nicht betätigtem Hauptbremszylinder besteht eine Verbindung zwischen den Kammern des Hauptbremszylinders 1 und dem Vorratsbehälter 16). Die Pumpe 14 kann somit Druckmittel aus dem Vorratsbehälter 16 ansaugen und in der Bremsleitung 2 unterhalb des Anschlusses 17.3 einen Druck aufbauen, der in den Radbremsen 4, 5 wirksam wird und durch Schalten des jeweiligen Druckmodulationsventils 8, 9 individuell geregelt werden kann.

In der Fig. 2 ist nun ein erstes Ausführungsbeispiel und in der Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Ventils 17 dargestellt. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist das Druckbegrenzungsventil 18 im Ventil 17 integriert.

Das Ventil 17 besteht aus einer Ventilhülse 20, die an ihrem einen Ende durch einen dort eingesetzten Magnetkern 21 verschlossen ist. Dem Magnetkern 21 gegenüber liegt ein in der Hülse verschiebbarer Magnetanker 22, wobei zwischen dem Magnetkern 21 und dem Magnetanker 22 eine Feder 23 angeordnet ist, die den Magnetanker 22 gegen eine innere Stufe 24 in der Ventilhülse 20 drückt. Magnetkern 21 und Magnetanker 22 sind koaxial von einer außerhalb der Ventilhülse 20 angeordneten Spule 25 umgeben. Bei einer Strombeaufschlagung der Spule 25 wird der Magnetanker 22 gegen den Magnetkern 21 gezogen. Im Bereich der Ventilhülse 20 und außerhalb der Magnetspule 23 befinden sich das Umschaltventil und das Trennventil. Dazu ist das äußere Ende des Innenraums der Ventilhülse zu einer Einlaßkammer 30 erweitert, die über Querkanäle 31 mit dem An schluß 17.1 (siehe Fig. 1) verbunden ist.

Zur Darstellung des Umschaltventils ist im äußeren Ende der Hülse ein Ring 32 eingesetzt, dessen an die Einlaßkammer anschließende innere Kante einen Dichtsitz 34 für einen ersten Schließkörper 35 bildet. Die Öffnung des Ringes 32 bildet die erste steuerbare Öffnung sowie die erste Auslaßkammer 36, die mit dem Anschluß 17.2 (Fig. 1) verbunden ist. Der erste Schließkörper 35 besteht aus einer Halbkugel, die über eine sich durch die Ventilhülse 20 erstreckende Stange 37 fest mit dem Magnetanker 22 verbunden ist.

Die Einlaßkammer 30 ist über einen von der Ventilhülse 20 gebildeten Kanal 38 mit gleichbleibendem Querschnitt mit einer sich trichterförmig erweiternden Ventilkammer 40 verbunden, in dem ein druckausgeglichener Hohlschieber 41 geführt ist, der in seinem mittleren Bereich eingeschnürt ist, so daß eine Umfangsnut 42 entsteht, die zusammen mit einer in sie einmündenden Querbohrung 43 eine zweite Auslaßkammer 44 bildet, die mit dem Anschluß 17.3 in Verbindung steht. Das dem Magnetanker 22 zugewandte Ende des Hohlschiebers 42 weist einen Abschluß 45 auf, der passend im Kanal 38 geführt ist, so daß die Umfangsnut 42 gegenüber der Ventilkammer 40 gedichtet ist. Am anderen Ende wird die Umfangsnut 42 des Hohlschiebers 41 durch einen einen zweiten Schließkörper bildenden Abschluß 46 begrenzt, der, wenn er in den Kanal hineingezogen wird, die Umfangsnut 42 gegenüber der Einlaßkammer 30 dichtet. Auf diese Weise wird das Trennventil realisiert.

Der Hohlschieber 41 ist auf einen nicht erkennbaren rückwärtigen Fortsatz des ersten Schließgliedes 35 geführt und mittels einer Ventilfeder 47 gegen einen nicht dargestellten Anschlag gedrückt, so daß zwischen dem Hohlschieber 41 und dem ersten Schließkörper 35 eine Wirkverbindung besteht. Durch die rückwärtige Verlängerung verläuft eine nicht dargestellte Längsbohrung, die die Einlaßkammer 30 stets mit der Ventilkammer 40 verbindet. Die Einlaßkammer 30 und die Ventilkammer 40 weisen daher stets denselben Druck auf. An der Außenseite der Ventilhülse 20 befindet sich eine Manschette 50 mit Rückschlagventilfunktion. Diese bewirkt einen gerichteten Druckausgleich zwischen der Einlaßkammer 30 und der zweiten Auslaßkammer 44, wenn der Druck in der Einlaßkammer 30 den Druck in der zweiten Auslaßkammer 44 übersteigt.

In der gezeigten Darstellung ist das Umschaltventil geschlossen, weil das erste Schließglied 35 auf dem Ventilsitz 34 aufsitzt. Durch die Feder wird der Hohlschieber 41 so weit in die Einlaßkammer 30 hineingeschoben, daß eine Verbindung zwischen der Einlaßkammer 30 und der zweiten Auslaßkammer 44 über die Umfangsnut 42 besteht.

Das Ventil 17 nimmt somit die in der Fig. 1 schematisch dargestellte Grundposition ein. Wenn die Spule 25 strombeauf schlagt wird, wird der Magnetanker 22 zum Magnetkern 21 hingezogen und nimmt dabei den ersten Schließkörper 35 mit, so daß eine Verbindung zwischen der Einlaßkammer 30 und der ersten Auslaßkammer 36 hergestellt wird. Der Hohlschieber 41 wird dabei mitgenommen, so daß der Abschluß 46 in den Kanal 38 hineingezogen wird und die Verbindung zwischen der Umfangsnut 42 und der Einlaßkammer 30 unterbrochen wird. Da die Einlaßkammer 30 mit der Ventilkammer 40 verbunden ist, herrscht, wie schon erläutert, in beiden Kammern derselbe Druck, so daß der Hohlschieber 41 druckausgeglichen ist. Zum Schalten des Trennventils sind nur geringe Stellkräfte notwendig. Damit ist es möglich, den Druck in der zweiten Auslaßkammer 44, d. h. letztlich den Druck in der Bremsleitung, zu variieren.

Statt den Hohlschieber 41 als gesondertes Bauteil auszuführen, kann dieser auch einstückig mit dem ersten Schließkörper 35 ausgebildet werden, wobei auf die Ventilfeder verzichtet werden kann.

Die zweite Ausführung gemäß Fig. 3 entspricht im wesentlichen der Ausführung nach Fig. 2, so daß im folgenden nur die unterschiedlichen Teile erläutert werden sollen. Sich entsprechende Teile sind dabei mit denselben Bezugsziffern versehen.

Der Kanal 38, in dem der Hohlschieber 41 geführt ist, ist stufig ausgebildet und wird zur Einlaßkammer 30 hin durch einen eingesetzten Ring 51 begrenzt, der die zweite steuerbare Öffnung bildet. Der zweite Schließkörper ist ein Kegel 53, (bzw. Halbkugel) und ist einstückig mit dem Hohlschieber 41 und dem ersten Schließkörper 35 ausgebildet. Zwischen der Ventilkammer 40 und der zweiten Auslaßkammer 44 befindet sich ein Durchgang 60, durch den der Hohlschieber 41 dichtend hindurchgeführt ist. Der Durchmesser dieses Durchganges ist kleiner als der Innendurchmesser des Ringes 51, so daß die Wirkfläche des Hohlschiebers 41, die an die Ventilkammer 40 anschließt, kleiner ist als die Wirkfläche des zweiten Schließkörpers, die an die Einlaßkammer 30 anschließt. Ein Druck in der zweiten Auslaßkammer 44 belastet daher den zweiten Schließkörper 53 auf einer Fläche, die durch die Differenz zwischen dem Innendurchmesser des Ringes und dem Durchmesser des Durchganges 60 bestimmt ist.

Die Stange 37 ist unter Zwischenschaltung einer Druckbegrenzungsfeder 52 mit dem Magnetanker 22 gekoppelt. Die Feder ist so stark vorgespannt, daß bei einer Strombeaufschlagung der Spule die Stange 37 vom Magnetanker 22 mitgenommen wird. Zur Anordnung der Druckbegrenzungsfeder 52 ist der Magnetanker 22 topfartig ausgebildet, wobei sich sein Innenraum zum Magnetkern 21 hin öffnet. Die Feder 52 stützt sich einerseits am Boden des Topfes und andererseits an einem Absatz 54 an der Stange 37 ab, die belastet von der Feder 52 an einen nicht dargestellten Anschlag am Magnetanker 22 angelegt ist. Wegen der Vorspannung der Feder bilden somit die Stange 37 und der Magnetanker 22 ein einheitliches Gebilde. Wenn aber der Druck in der zweiten Auslaßkammer 44 so groß wird, daß die über die Differenzfläche vermittelte Kraft größer ist als die Vorspannung der Druckbegrenzungsfeder 52, löst sich der Absatz 54 vom Anschlag, so daß die Stange 37 gegenüber dem Magnetanker 22 verschoben wird und der zweite Schließkörper 53 sich vom Ventilsitz am Ring 51 entfernt, obwohl der Magnetanker 22 noch angezogen ist.

Da die Differenzfläche sehr klein gewählt werden kann, sind keine großen Vorspannungen der Feder notwendig. Gleichzeitig kann aber der Öffnungsquerschnitt der zweiten Öffnung, d. h. der Innendurchmesser des Ringes 53 groß genug gewählt werden, um einen ausreichenden Druckmittelaustausch durch das Trennventil zu gewährleisten.

Eine Manschette 55 am Hohlschieber 41 hat dieselbe Funktion wie die Manschette 50 im ersten Ausführungsbeispiel.

Bezugszeichenliste

1

Hauptbremszylinder

2

Bremsleitung

3

Bremsleitung

4

Radbremse

5

Radbremse

6

Radbremse

7

Radbremse

8

Modulationsventil

9

Modulationsventil

10

Modulationsventil

11

Modulationsventil

12

Rückförderkreis

13

Rückförderkreis

14

Rückförderpumpe

15

Rückförderpumpe

16

Vorratsbehälter

17

Ventil

18

Druckbegrenzungsventil

20

Ventilhülse

21

Magnetkern

22

Magnetanker

23

Feder

24

Stufe

25

Spule

30

Einlaßkammer

31

Querkanäle

32

Ring

34

Dichtsitz

35

erster Schließkörper

36

erste Auslaßkammer

37

Stange

38

Kanal

40

Ventilkammer

41

Hohlschieber

42

Umfangsnut

43

Querbohrung

44

zweite Auslaßkammer

45

Abschluß

46

Abschluß

47

Ventilfeder

50

Manschette

51

Ring

52

Druckbegrenzungsfeder

53

Kegel

54

Absatz

55

Manschette

60

Durchgang

Claims

1. Ventil, insbesondere für eine hydraulische Bremsanlage, mit einer Einlaßkammer (30), mit einer ersten steuerbaren Öffnung (34) zwischen der Einlaßkammer (30) und einer ersten Auslaßkammer (36) sowie einer zweiten steuerbaren Öffnung zwischen der Einlaßkammer (30) und einer zweiten Auslaßkammer (44), mit einem ersten Schließkörper (35) für die erste Öffnung und einem zweiten Schließkörper (46, 53) für die zweite Öffnung, wobei zumindest der zweite Schließkörper (46, 53) mit einer Wirkfläche an die Einlaßkammer (30) anschließt, so daß der Druck in der Einlaßkammer (30) den zweiten Schließkörper in Schließrichtung belastet, und der zweite Schließkörper (46, 53) mit einem Kolben (41) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Einlaßkammer (30) in Verbindung stehende Ventilkammer (40) über einen Durchgang (38, 60) mit der zweiten Auslaßkammer (44) verbunden ist, durch die der Kolben (41) gedichtet hindurchgeführt ist, wobei der Kolben (41) mit einer Wirkfläche an die Ventilkammer (40) anschließt, so daß der zweite Schließkörper (46, 53) in Schließrichtung belastet ist, wenn in der Ventilkammer (40) ein Druck ansteht.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkflächen des zweiten Schließkörpers (46, 53) und des Kolbens (41) gleich groß sind.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schließkörper als Schieber (46) ausgebildet ist, so daß eine Spaltdichtung zwischen der zweiten Auslaßkammer (44) und der Einlaßkammer (30) herstellbar ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (41) ein druckausgeglichener Hohlschieber ist, der in einem Bohrungsabschnitt (38) einer Ventilhülse (20) mit gleichbleibenden Querschnitt geführt ist.

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkflächen des zweiten Schließkörpers (46, 53) und des Kolbens (41) unterschiedlich groß sind, und daß der zweite Schließkörper (53) über eine Federkupplung (52, 54) mit einem Betätigungskolben (22) gekoppelt ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schließkörper (35), der zweite Schließkörper (46, 53) und der Kolben (41) ein Bauteil bilden.