DE19732988A1 - Hydraulisch betätigbares Absperrventil und hydraulische Fahrzeugbremsanlage - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch betätigbares Absperrventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine mit einem solchen Absperrventil ausrüstbare hydraulische Fahrzeugbremsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 7.

Ein derartiges Ventil ist bekannt aus der EP 0 606 840 B1. Das bekannte Ventil weist ein Ventilgehäuse mit einer Zwischenwand auf, an der ein Ventilsitz ausgebildet ist. Auf einer Seite der Zwischenwand ist ein Kolben als Betätigungs­ element angeordnet, der von einer Ventilöffnungsfeder in Richtung der Zwischenwand gedrückt und durch Druckbeaufschlagung von der Zwischenwand weg verschiebbar ist. Auf der anderen Seite der Zwischenwand befindet sich eine Ventilkugel als Ventilschließkörper, die von dem Kolben vom Ventilsitz abgehoben und von einer Ventilschließfeder, die schwächer als die Ventilöffnungsfeder ist, in Richtung des Ventilsitzes gedrückt wird. Das bekannte Ventil ist in seiner Grundstellung geöffnet und wird durch Beaufschlagung mit einem Druck, der über einem Schließdruck liegt, geschlossen.

Das bekannte Ventil hat den Nachteil, daß seine Herstellung aufwendig ist. Insbesondere muß das Ventilgehäuse auf beiden Seiten des Ventilsitzes bearbeitet werden. Es ist groß und benotigt zwei Federn, die zur Einstellung gewünschter Schaltdrücke aufeinander abgestimmt werden. Durch die Verwendung zweier gegeneinander arbeitender Federn ist die Gefahr groß, daß sich die Schaltdrücke im Laufe der Ventilbenutzung verändern.

Dieses Ventil ist Bestandteil einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage, die zum Begrenzen von Antriebsschlupf durch automatisches Bremsen von Antriebsrädern eingerichtet ist und dafür wenigstens eine selbstsaugende Förderpumpe hat, die sich durch das offen stehende Ventil und durch einen Hauptbremszylinder aus dessen Vorratsbehälter mit Bremsflüssigkeit versorgt. Die hydraulische Fahrzeugbremsanlage enthält des weiteren noch mit Radbremszylindern verbundene Druckaufbau- und Druckabbauventilanordnungen, mittels denen beispielsweise im Antriebsschlupfregelbetrieb von der Förderpumpe zur Bremsdruckerzeugung geförderte Bremsflüssigkeit wenigstens einem Radbremszylinder zuleitbar ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Absperrventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist lediglich drei bewegliche Teile, nämlich den Ventilschließkörper, das Betätigungselement und ein Wippelement, das eine Bewegung des Betätigungselements auf den Ventilschließkörper überträgt, auf. Diese Teile sind einfach in ihrer Geometrie und dadurch kostengünstig herstellbar. Sie lassen sich in einer zylindrischen Bohrung unterbringen, die einen Konus an einer Ringstufe als Ventilsitz aufweisen kann. Das erfindungsgemäße Absperrventil ist mit geringem Aufwand preisgünstig herstellbar, es ist wartungsfrei und unterliegt nur geringem Verschleiß, so daß es eine lange Nutzungsdauer hat.

Das erfindungsgemäße Absperrventil ist insbesondere zur Verwendung als Ansaugventil für eine hydraulische, eine Pumpe aufweisende Fahrzeugbremsanlage, also beispielsweise eine Blockierschutz-, eine Antriebsschlupf-, eine Fahrdynamikregeleinrichtung aufweisende und/oder eine Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage vorgesehen. Das Absperrventil wird einem Hauptbremszylinder und einer Saugseite der Pumpe zwischengeschaltet, es ist vorzugsweise in seiner Grundstellung offen und verfügt über einen großen Strömungsquerschnitt, um bei nicht betätigtem Hauptbremszylinder und eingeschalteter Pumpe einen aus einem Vorratsbehälter durch den Hauptbremszylinder hindurch angesaugten Bremsflüssigkeitsstrom möglichst wenig zu drosseln und dadurch einen schnellen Druckaufbau sicherzustellen. Durch den Druckaufbau bei Betätigung des Hauptbremszylinders wird das Absperrventil geschlossen, so daß die Saugseite der Pumpe vom Hauptbremszylinder hydrau­ lisch getrennt ist und Bremsflüssigkeit aus Radbremszylindern durch ein Bremsdruckabsenkventil während einer Blockierschutzregelung oder dgl. ungehindert ausströmen kann.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Absperrventils zum Gegenstand.

Die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruchs 7 ergeben in einer gattungsgemäßen hydraulischen Fahrzeugbremsanlage den Vorteil, daß beim automatischen Bremsen zwischen dem Hauptbremszylinder und einem Eingang einer Förderpumpe zwei geöffnete Ventilquerschnitte in Parallelschaltung zur Verfügung stehen, so daß sich die selbstansaugende Förderpumpe gut zu füllen vermag und demgemäß gut zu fördern vermag.

Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 8 ergeben ein Ausführungsbeispiel, bei dem eines der Ansaugventile elektrisch steuerbar ist und demgemäß die hydraulische Fahrzeugbremsanlage tauglich macht für Fahrdynamikregelbetrieb oder/und Fremdkraftbremsbetrieb bei betätigtem Bremspedal.

Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 9 ergeben ein Ausführungsbeispiel, das im Antriebsschlupfregelungsbetrieb per automatisches Bremsen mittels des hydraulisch steuerbaren Ansaugventils in preisgünstiger und dabei raumsparender Weise einen großen Ventilquerschnitt zur Verfügung stellt.

Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 10 ergeben ein Ausführungsbeispiel, das für Fahrdynamikregelbetrieb oder/und Fremdkraftbremsbetrieb vorteilhafter ist. Dabei ergibt die Ausgestaltung gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 11 eine preisgünstige Bauart.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Achsschnitt eines erfindungsgemäßen Absperrventils,

Fig. 2 einen Hydraulikschaltplan einer Fahrzeugbremsanlage gemäß der Erfindung und

Fig. 3 einen weiteren Hydraulikschaltplan einer Fahrzeugbremsanlage gemäß der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in Fig. 1 dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete, erfindungsgemäße, hydraulisch betätigbare Absperrventil ist ein 2/2-Wegeventil. Es ist in einen Hydraulikblock eingesetzt, von dem in der Zeichnung nur ein das Absperrventil 10 enthaltendes Bruchstück dargestellt ist. Über den Hydraulikblock ist das Absperrventil 10 hydraulisch mit weiteren Bauelementen einer Fahrzeugbremsanlage wie beispielsweise Magnetventilen, einem Hauptbremszylinder oder einer Pumpe verschaltet. Der Hydraulikblock bildet ein Ventilgehäuse 12 und wird nachfolgend so bezeichnet.

Das Ventilgehäuse 12 weist eine zylindrische Bohrung auf, die eine Ventilkammer 14 bildet. Am Grund der Ventilkammer 14 ist eine Ringstufe mit einem konischen Ventilsitz 16 angebracht, an dem ein axialer Fluidkanal 18 mündet.

In der Ventilkammer 14 ist ein balliger Ventilschließkörper 20 axial verschieblich gelagert. Dieser weist Längsrippen 22 an seinem Umfang auf. Die Längsrippen 22 dienen der Axialführung des Ventilschließkörpers 20 in der Ventilkammer 14 und ermöglichen eine nahezu ungedrosselte Umströmung des Ventilschließkörpers 20.

Der Ventilschließkörper 20 ist einstückig mit einem Ventilstößel 24, der axial in der Ventilkammer 14 angeordnet ist und auf einer dem Ventilsitz 16 abgewandten Seite vom Ventilschließkörper 20 absteht.

Der Ventilstößel 24 ragt durch ein ringförmiges Betätigungselement 26 mit im wesentlichen rechteckförmigem Ringquerschnitt hindurch, das sich auf einer dem Ventilsitz 16 abgewandten Stirnende der Ventilkammer 14 befindet. Das Betätigungselement 26 füllt einen Zwischenraum zwischen dem Ventilstößel 24 und einer Wandung der Ventilkammer 14 aus, es weist eine Spielpassung sowohl mit Ventilstößel 24 als auch mit der Wandung der Ventilkammer 14 auf. Es führt dadurch den Ventilstößel 24 in axialer Richtung und ist selbst axial verschieblich in der Ventilkammer 14 geführt. Zur Abdichtung ist ein Manschettendichtring 28 auf einer dem Ventilsitz 16 zugewandten Stirnseite des Betätigungselements 26 angeordnet, das zwischen der Wandung der Ventilkammer 14 und dem Ventilstößel 24 abdichtet. Anstelle des Manschettendichtrings 28 können beispielsweise auch eine Dichtung zwischen dem Außenumfang des Betätigungselements 26 und der Wandung der Ventilkammer 14 sowie eine Dichtung zwischen dem Innenumfang des Betätigungselements 26 und dem Ventilstößel 24 vorgesehen werden (nicht dargestellt). Diese Dichtungen sind z. B. in Nuten des Betätigungselements 26 eingelegte Dichtringe, vorzugsweise O-Ringe.

Verschlossen ist die Ventilkammer 14 mittels eines in ihre Mündung eingesetzten und fluiddicht verstemmten 32 Verschlußstopfens 30. Zwischen dem Verschlußstopfen 30 und dem Betätigungselement 26 ist ein Wippelement 34 in Form einer Tellerfeder angeordnet. Mit vom Außenumfang nach innen und/oder vom Innenumfang nach außen verlaufenden Schlitzen kann die Elastizität des Wippelements 34 beeinflußt werden.

Das Wippelement 34 greift in eine Nut 36 des Ventilstößels 24 ein. Das Betätigungselement 26 liegt nahe einem Außenumfang am Wippelement 34 an. In einem Mittelbereich zwischen dem Ventilstößel 24 und dem Außenumfang liegt das Wippelement 34 auf einer kreisförmigen Kante auf, die an einer dem Wippelement 34 zugewandten Stirnfläche des Verschlußstopfens 30 durch eine napfförmige Ausnehmung 38 gebildet ist. Die ringförmige Kante bildet ein Schwenklager 40 für das Wippelement 34.

Im Bereich zwischen der Manschettendichtung 28 und dem Ventilschließkörper 20 mündet ein radialer, zweiter Fluidkanal 42 in die Ventilkammer 14. Der Ventilsitz 16 befindet sich also zwischen den beiden Fluidkanälen 18, 42.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Absperrventils ist folgende: In einer in der linken Bildhälfte von Fig. 1 dargestellten Grundstellung des erfindungsgemäßen Absperrventils 10 hebt das als Tellerfeder ausgebildete Wippelement 34 den Ventilschließkörper 20 vom Ventilsitz 16 ab, so daß das Absperrventil 10 in beiden Richtungen durchströmbar ist. Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Absperrventils 10 ist also in seiner Grundstellung offen.

Wird die Ventilkammer 14 und damit über die Manschettendichtung 28 das Betätigungselement 26 mit einem Druck beaufschlagt, der über einem Schaltdruck liegt, verschiebt sich das Betätigungselement 26 zusammen mit der Manschettendichtung 28 in axialer Richtung gegen die Federkraft des Wippelements 34 und drückt dieses an seinem Außenumfang gegen den Verschlußstopfen 30 nieder. Dadurch wird das Wippelement 34 im Querschnitt gesehen um das Schwenklager 40 verschwenkt und drückt den Ventilschließkörper 20 über den Ventilstößel 24 dichtend gegen den Ventilsitz 16, so daß das Absperrventil 10 geschlossen ist. Die geschlossene Schaltstellung des Absperrventils 10 ist in der rechten Bildhälfte von Fig. 1 dargestellt. Tatsächlich wird das als Tellerfeder ausgebildete Wippelement 34 vom Betätigungselement 26 elastisch flachgedrückt, wobei sein Außenrand sich in Richtung des Verschlußstopfens 30 und ein Innenrand, der mit der Nut 36 des Ventilstößels 24 in Eingriff steht, in Richtung des Ventilsitzes 16 bewegt. Sinkt der Druck in der Ventilkammer 14 unter den von der elastischen Federkraft des Wippelements 34 bestimmten Schaltdruck ab, stellt die Federkraft des Wippelements 34 das Absperrventil 10 wieder in seine offene Grundstellung zurück.

Das Absperrventil 10 (Fig. 1) ist erfindungsgemäß zur Verwendung als hydraulisch betätigbares Ansaugventil 44 in der in Fig. 2 dargestellten Fahrzeugbremsanlage vorgesehen. In Fig. 2 ist ein Bremskreis I einer Zweikreis-Fahrzeug­ bremsanlage 46 dargestellt. Der nicht dargestellte Bremskreis II ist übereinstimmend mit dem dargestellten Bremskreis I aufgebaut und funktioniert in gleicher Weise.

Die Fahrzeugbremsanlage 46 weist einen Tandem-Hauptbrems­ zylinder 48 mit einem Vorratsbehälter 50 auf. Eine sich verzweigende Hauptbremsleitung 52 führt vom Hauptbrems­ zylinder 48 zu an diesen Bremskreis I angeschlossene Radbremszylinder 54. In die Hauptbremsleitung 52 ist ein in seiner Grundstellung geöffnetes Umschaltventil 56 mit integriertem Druckbegrenzungsventil 58 eingeschaltet. Jedem Radbremszylinder 54 ist ein in seiner Grundstellung geöffnetes Druckaufbauventil 60 vorgeschaltet.

Des weiteren weist jeder Radbremszylinder 54 ein in seiner Grundstellung geschlossenes Druckabsenkventil 62 auf, von denen eine gemeinsame Rückleitung 64 zur Hauptbremsleitung 52 führt und zwischen dem Umschaltventil 56 und den Druckaufbauventilen 60 mündet. In die Rückleitung 64 ist eine Förderpumpe 66 eingeschaltet, der ein Speicher 68 vor- und ein Dämpfer 70 nachgeschaltet sind.

Das Druckaufbau- und das Druckabsenkventil 60, 62 bilden eine Bremsdruckmodulationsventilanordnung des jeweiligen Radbremszylinders 54, mit denen in an sich bekannter Weise der Bremsdruck im Radbremszylinder 54 modulierbar ist, um Schlupf des entsprechenden Fahrzeugrades beim Bremsen (Blockierschutzregelung), beim Anfahren (Antriebsschlupfregelung) zu verhindern bzw. zu begrenzen oder um durch gezieltes Bremsen eines Fahrzeugrades dessen Seitenführung zu beeinflussen, um ein Schleudern des Fahrzeugs zu verhindern (Fahrdynamikregelung).

Die Bremsdruckmodulation erfolgt mit Hilfe der Förderpumpe 66. Das Umschaltventil 56 kann während der Bremsdruckmodulation geschlossen werden, um Rückwirkungen auf den Hauptbremszylinder 48 zu unterbinden. Druckaufbau- und Druckabsenkventil 60, 62 können beispielsweise auch zu einem 3/3-Ventil anstelle der dargestellten, separaten 2/2-Ven­ tile zusammengefaßt werden.

Eine Ansaugleitung 72 führt vom Hauptbremszylinder 48 zu einer Saugseite der Förderpumpe 66. In der Ansaugleitung 72 ist ein in seiner Grundstellung geschlossenes Ansaugventil 74 angeordnet. Durch die Ansaugleitung 72 saugt die Förderpumpe 66 bei geöffnetem Ansaugventil 74 Bremsflüssigkeit unmittelbar aus dem Hauptbremszylinder 48 an, was Voraussetzung für einen schnellen Druckaufbau ist.

Das Ansaugventil 74 ist, ebenso wie das Umschaltventil 56 und die Druckaufbau- und Druckabsenkventile 60, 62 als Magnetventil ausgebildet. Ein Durchströmquerschnitt des Ansaugventils 74 ist aus konstruktiven Gründen begrenzt, das Ansaugventil 74 stellt eine Drosselstelle beim Ansaugen von Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder 48 mit der Förderpumpe 66 dar. Um den verfügbaren Gesamtströmungs­ querschnitt zu vergrößern, ist erfindungsgemäß das hydraulisch betätigbare Absperrventil 10 (Fig. 1) als zusätzliches Ansaugventil 44 (Fig. 2) dem als Magnetventil ausgebildeten Ansaugventil 74 parallel geschaltet. Der Strömungswiderstand beim Ansaugen von Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder 48 mittels der Förderpumpe 66 wird dadurch weiter herabgesetzt und der Druckaufbau beschleunigt. Da das hydraulisch betätigbare Ansaugventil 44 konstruktionsbedingt auf einfache Weise einen erheblich größeren Durchströmquerschnitt als das elektromagnetisch betätigte Ansaugventil 74 ermöglicht, läßt sich der Ansaugwiderstand mit wenig Aufwand wesentlich verringern.

Das zusätzliche Ansaugventil 44 ist, wie anhand des in Fig. 1 dargestellten Absperrventils 10 erläutert, in seiner Grundstellung geöffnet, so daß die Förderpumpe 66 bei nicht betätigtem Hauptbremszylinder 48 aus dem Vorratsbehälter 50 ansaugen kann. Wird der Hauptbremszylinder 48 betätigt, so wird über die Ansaugleitung 72 die Ventilkammer 14 des Absperrventils 10 (Fig. 1) mit Druck beaufschlagt und dieses geschlossen, d. h. das zusätzliche Ansaugventil 44 (Fig. 2) schaltet selbsttätig hydraulisch gesteuert und braucht nicht elektrisch gesteuert zu werden.

Das hydraulisch betätigbare, zusätzliche Ansaugventil 44 kann bei Ausgestaltungen der Erfindung auch das als Magnetventil ausgebildete Ansaugventil 74 ersetzen.

Der in Fig. 1 gezeigte axiale Fluidkanal 18 verbindet bei dem in Fig. 2 dargestellten Anwendungsbeispiel das Ansaugventil 44 mit der Niederdruckseite der Förderpumpe 66. Der radial in die Ventilkammer 14 (Fig. 1) mündende zweite Fluidkanal 42 verbindet bei dem Anwendungsbeispiel gemäß Fig. 2 den Hauptbremszylinder 48 mit dem Ansaugventil 44. Wie bereits erwähnt, kann das in der Fig. 2 symbolhaft dargestellte Ansaugventil 44 erfindungsgemäß wie das in der Fig. 1 gezeigte Absperrventil 10 ausgeführt sein. Das zusätzliche Ansaugventil kann also auch abweichend von der Fig. 1 ausgebildet sein und dabei beispielsweise aus dem Stand der Technik ausgewählt werden. Hierfür kommen beispielsweise in Betracht Ansaugventile oder wenigstens Ansaugventilelemente gemäß den Druckschriften WO 94/29149 und WO 97/10132 oder alternativ beispielsweise eine Kopie des als Magnetventil ausgebildeten Ansaugventils 74, was per Symbolik im alternativen Hydraulikschaltplan der Fig. 3 dargestellt ist bei dem Bezugszeichen 44a. Daran angepaßt erhält die Zweikreis-Fahrzeugbremsanlage der Fig. 3 das Bezugszeichen 46a. Eine Kopie des Ansaugventils 74 ist beispielsweise im Maßstab 1 : 1 durchführbar im Sinne von Baugleichheit.

Claims (11)

1. Hydraulisch betätigbares Absperrventil mit einem in eine Schließstellung und in eine Öffnungsstellung verstellbaren Ventilschließkörper und mit einem durckbeaufschlagbaren Betätigungselement, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (10, 44) ein Wippelement (34) aufweist, das bei Beaufschlagung des Betätigungselements (26) mit einem über einem Schaltdruck liegenden Druck von dem Betätigungselement (26) verschwenkt wird und dadurch den Ventilschließkörper (20) betätigt.

2. Hydraulisch betätigbares Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wippelement (34) ein Rückstellfederelement aufweist, das den Ventilschließkörper (20) in eine Grundstellung drückt.

3. Hydraulisch betätigbares Absperrventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wippelement (34) als Tellerfeder ausgebildet ist.

4. Hydraulisch betätigbares Absperrventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wippelement (34) als Blattfeder ausgebildet ist.

5. Hydraulisch betätigbares Absperrventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (26) ringförmig ausgebildet und axial verschieblich in einer druckbeaufschlagbaren Ventilkammer (14) aufgenommen ist, daß der Ventilschließkörper (20) einen Ventilstößel (24) aufweist, der das Betätigungselement (26) durchgreift, wobei das Betätigungselement (26) abgedichtet ist gegenüber der Ventilkammer (14) und gegenüber dem Ventilstößel (24), daß der Ventilstößel (24) mit dem als Tellerfeder ausgebildeten Wippelement (34) in Eingriff steht, das im Bereich zwischen seiner Mitte und seinem Außenumfang auf einem ringförmigen Schwenklager (40) aufliegt, und daß das Betätigungselement (26) bei Beaufschlagung der Ventilkammer (14) mit Druck radial außerhalb des Schwenklagers (40) an dem Wippelement (34) anliegt.

6. Hydraulisch betätigbares Absperrventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (10, 44) einen Ventilsitz (16) aufweist, gegen den das Rückstellfederelement (34) den Ventilschließkörper (20) drückt.

7. Hydraulische Fahrzeugbremsanlage mit einem Hauptbremszylinder, mit aus diesem mit Bremsdruck versorgbaren Radbremszylindern, mit den Radbremszylindern zugeordneten Druckaufbau- und Druckabsenkventilanordnungen, mit einer selbstansaugenden Förderpumpe je Bremskreis, mit einem Ansaugventil zwischen dem Hauptbremszylinder und einem Eingang der Förderpumpe, die mit den Druckaufbau- und Druckabsenkventilanordnungen verbunden ist, und mit einem Umschaltventil zwischen einem Ausgang der Förderpumpe und dem Hauptbremszylinder, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ansaugventil ein zweites Ansaugventil parallel geschaltet ist.

8. Hydraulische Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ansaugventil (74) als Magnetventil und das andere Ansaugventil (44) als ein hydraulisch steuerbares Ventil ausgebildet ist.

9. Hydraulische Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulisch steuerbare Ansaugventil (44) als ein mittels Druck aus dem Hauptbremszylinder (40) schließbares Absperrventil (10 in Fig. 1) ausgebildet ist.

10. Hydraulische Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ansaugventile (74, 44a) als Magnetventile ausgebildet sind.

11. Hydraulische Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ansaugventile (74, 44a) baugleich ausgebildet sind.