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Speicherladeventil
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Speicherladeventil mit einem mit
einer Pumpe verbundenen Druckanschluß, einem Rücklaufanschluß und einem mit einem
Druckspeicher verbundenen Speicheranschluß, wobei der Druckanschluß über ein Rückschlagventil
mit dem Speicheranschluß und über ein Schaltventil bei Erreichen eines bestimmten
Speicherdrucks mit dem RücklaufanschluB verbindbar ist, mit einem Schaltkolben des
Schaltventils, der entgegen der Kraft einer Feder vom Speicherdruck in Schließrichtung
des Schaltventils beaufschlagt ist und an dem ein zwischen zwei Anschlägen frei
bewegliches Schließglied des Schaltventils angeordnet ist, durch das der Rücklauf
absperrbar ist und das bei geschlossenem Schaltventil vom Pumpendruck in Schließrichtung
beaufschlagt ist.
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Aus der DE-PS 1 055 909 ist ein derartiges Speicherladeventil bekannt,
bei dem das Rückschlagventil und das Schaltventil nebeneinanderliegend in einem
Ventilgehause angeordnet sind. Vom Schließglied, das als hülsenförmiges Sitzventilglied
ausgebildet ist, ist die Verbindung von einer mit dem Druckanschluß verbundenen
Einlaßkammer zu einer mit dem Rücklaufanschluß verbundenen Auslaßkammer absperrbar.
Das Schließglied ist zwischen zwei Anschlägen des Schaltkolbens frei beweglich verschiebbar
und besitzt eine bei geschlossenem Schaltventil in Schließrichtung voran Druck am
Druckanschluß beaufschlagte Wirkfläche. Bei geöffnetem Schaltventil ist das Schließglied
druckausgeglichen. Der Schaltkolben ist koaxial zum Schließglied des Schaltventils
angeordnet
und trennt mit dem einen Ende eine mit dem Speicheranschluß
verbundene Druckkammer ab. Mit dem anderen Ende ist er iit Spiel durch die Bohrung
des hülsenförmigen Sohließglieds hindurchgeführt. Eine an diesem Ende anliegende
Druckfeder beaufschlagt den Schaltkolben in ßchließriohtung entgegen dem auf das
andere Ende wirkenden Speicherdruck.
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Das Schließglied den Sohaltventils dieses bekannten Speicherladeventils
ist zwar bei geschlossenem Schaltventil in Schließrichtung hydraulisch verspannt
und wird bei Öffnen des Schaltventils druckausgeglichen, so daß bei öffnen eine
der Schließkräfte wegfällt und so die Öffnungsbewegung beschleunigt erfolgen kann.
Diese beschleunigte Öffnungebewegung ist aber für bestimmte Anwendungsfälle noch
nicht schnell genug.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Speicherladeventil nach dei
Oberbegriff zu schaffen, bei dem die völlige Öffnung des Ventildurchgangs des Schaltventils
schlagartig und sehr schnell erfolgt. Dabei soll der Aufbau des Speicherladeventils
einfach sein und eine billige Herstellung ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schaltkolben
eine in eine Kammer ragende Wirkfläche aufweist, die bei Erreichen eines bestimmten
Speicherdruoks im Sinne einer Öffnung des Schaltventils druckbeaufschlagbar bzw.
druckentlastbar ist. Dadurch wird erreicht, daß nicht nur durch den Druckausgleich
des Bchlieflgliedes beim öffnen des Schaltventils die in Schließrichtung auf das
Schließglied wirkende Kraft wegfällt, sondern daß außerdem der Schaltkolben beim
Öffnen
des Schaltventils von einer in Öffnungsrichtung wirkenden Kraft beaufschlagt wird.
Durch diese Kraft wird der Schaltkolben zuerst in Öffnungsrichtung beschleunigt
und reißt dann mit seiner schon hohen Geschwindigkeit über seinen Anschlag das Schließglied
in Öffnungsrichtung mit, so daß der Ventildurchgang des Schaltventils sofort mit
seinem ganzen Querschnitt völlig geöffnet ist.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist der Schaltkolben
eine zweite Wirkfläche auf, die unterhalb des bestimmten Speicherdrucks im Sinne
eines bzw. druckentlastet Schließens des Schaltventils druckbeaufschlagt/und bei
bzw. drukbeaufschlagt Erreichen des bestimmten Speicherdrucks druckentlastet\( ist.
Bei dieser Ausbildung wird außerdem noch eine Erhöhung der Beschleuntung des Schaltkolbens
beim Öffnungsvorgang des Schaltventils erreicht, da nicht nur eine zusätzliche Kraft
in Öffnungsrichtung auf den Schaltkolben zur Wirkung gebracht wird, sondern da im
gleichen Augenblick eine den Schaltkolben bei geschlossenem Schaltventil in Schließrichtung
beaufschlagende Kraft wegfällt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Wirkfläche
in Öffnungsrichtung des Schaltventils vom Pumpendruck beaufschlagbar und die zweite
Wirkfläche in Schließrichtung des Schaltventils vom Pumpendruck beaufschlagt ist,
wobei die erste Wirkfläche größer ist als die zweite Wirkfläche. Die erste Wirkfläche
kann über ein speicherdruckabhängig schaltendes Ventil mit dem Druckanschluß verbindbar
sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das eine Ende des Schaltkolbens als
Verschlußglied des Ventils ausgebildet ist, durch das eine mit dem Druckanschluß
verbundene Einlaßkammer von einer mit dem
Rücklaufans chluß verbindbaren
Auslaßkammer absperrbar ist. Diese Ausbildung des Schaltkolbens als ein Bauteil,
das mehrere Funktionen erfüllt, ermöglicht eine platzsparende Bauweise des Speicherladeventils.
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Ebenfalls zu einer platzsparenden Bauweise führt es, wenn die Einlaßkammer
und die Auslaßkammer durch eine Stufenbobrung gebildet sind, wobei die große Stufe
die Einlaßkamner und die kleine Stufe die Aüslaßka=ner ist und wobei der Uebergang
von der großen zur kleinen Stufe vom Schaltkolben absperrbar ist. Dabei kann der
Übergang von der großen zur kleinen Stufe als Ventilsitz und das Endes Schaltkolbens
als Sitzventilglied ausgebildet sein. In einer anderen Ausfühning kann das Ende
des Schaltkolbens und die kleine Stufe den gleichen Durchmesser aufweisen, wobei
das Ende des Schaltkolbens als Ventilschieber und das der großen Stufe zugewandte
Ende der kleinen Stufe als Schieberbohrung ausgebildet sein.
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Eine einfach herzustellende und platzsparende ausbildung besteht darin,
daß die zweite Wirkfläche eine zur Einlaßkammer gerichtete Ringfläche einer stufenförmigen
Erweiterung am Ende des Schaltkolbens und die erste Wirkfläche die zur Auslaßkammer
gerichtete Stirnfläche des Schaltkolbens ist Der Schaltkolben ist vorteilhafterweise
als Hohlkolben ausgebildet, dessen Innenraum mit dem Druckanschluß verbunden ist
und eine in die Auslaßkammer mündende Bohrung auf weist, in der dichtend das Schließglied
zwischen zwei Anschlägen bewegbar ist. Dabei läßt vorteilhafterweise der durch die
Anschläge begrenzte Bewegungshub des Schließglieds des Schaltventils bei geschlossenem
Ventil
sowohl eine Schließ-als auch eine Öffnungsstellung des Schließglieds zu. Ist der
Bewegungshub zwischen den Anschl-3gen größer als der bei geschlossenem Ventil vorhandene
Bewegungshub des Schließglieds zwischen seiner Schließ- und seiner Öffnungsstellung,
so kann der Schaltkolben beim Öffnungsvorgang erst einen 3eschleunigungshub machen,
bevor er über seine Anschläge das Sohließglied in seine Öffnungsstellung aufreißt.
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Um su verhindern, daß beim Schließhub des Schaltkolbens sich in der
Einlaßkammer ein Druck aufbaut, der durch das plungerkolbenartige Einfahren des
Schaltkolbens in die Einlaßkammer hervorgerufen wird, ist es vorteilhaft, wenn das
Schließglied durch eine am Schaltkolben abgestützte Feder geringer Kraft in Öffnungsrichtung
beaufschlagt ist.
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Diese Feder verhindert, daß das Schließglied den Ventildurchgang des
Schaltventils absperrt, so daß das vom Schaltkolben verdrängte Druckmittel über
den Rücklaufanschluß abfließen kann.
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In einer einfachen Ausbildung kann das Schließglied ein ein Sitzventilglied
sein und die Mündung des in die Auslaßkammer mündenden Rücklaufanschlusses als entsprechender
Ventilsitz ausgebildet sein.
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Ein Druckaufbau in der Auslaßkammer, in die das Schließglied bei der
Schließbewegung plungerkolbenartig infährt, kann dadurch verhindert werden, daß
die Auslaßkammer über einen das Schaltventil überbrückenden Drossel-By-pass mit
dem Rücklaufanschluß verbunden ist. Außerdem kann durch diesen Drossel-By-pass ein
Druckaufbau in der Auslaßkammer verhindert werden, der bei geschlossenem Schaltventil
durch Leckage von der EinlaB- zur Auslaßkammer
entstehen kann.
Ein derartiger Druckaufbau würde die einwandfreie Funktion störend beeinflussen.
Eine platzsparende und einfache Ausbildung des Drossel-8r-passes wird durch eine
im Schließglied ausgebildete Drosselbohrung erzielt.
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Eine ebenfalls zu einer geringen Baugröße des Speicherladeventils
führende Ausbildung besteht darin, daß das Rückschlagventil in einem vom Innenraum
des Hohlkolbens zu einer mit dem Speicheranschluß verbundenen Druckkammer führenden
Verbindung angeordnet ist.
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Eine platzsparende Anordnung, die es außerdem erlaubt, -den größten
Teil der Bauteile des Speicherladeventils als Drehteile auszuführen, besteht darin,
daß alle Ventile und rammern des Speicherladeventils koaxial zueinander angeordnet
sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen Figur 1 ein erfindungsgemässes, in einem Hydraulikkreis
zur Versorgung eines hydraulischen Bremskraftverstärkers angeordnetes Speicherladeventil,
Figur 2 ein erfindungsgemässes, in einem Hydraulikkreis zur Versorgung eines hydraulischen
Bremskraftverstärkers und einer Servolenkung angeordnetes Speicherladeventil.
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Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Speicherladeventile 1 haben
den gleichen Aufbau. In einem Gehäuse 2
sind koaxial nebeneinander
eine Auslasskammer 3, eine Einlasskammer 4, eine Druckkammer 5 und eine Federkammer
6 ausgebildet. Ebenfalls koaxial mündet ein Rücklaufanschluss 7 in die Auslasskammer
3. Radial mündet in die Einlasskammer 4 ein mit einer Pumpe 8 verbundener Druckanschluss
9 und in die Druckkammer 5 ein mit einem Druckspeicher 1o verbundener Speicheranschluss
11. Die Federkammer 6 ist über eine Lüftungsbohrung 12 mit der Atmosphäre verbunden.
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Ein im Gehäuse 2 verschiebbar angeordneter Schaltkolben 13 durchragt
alle Kammern 3, 4, 5 und 6, wobei durch den Schaltkolben 13 die Verbindungen zwischen
der Einlasskammer 4 und der Druckkammer 5 sowie zwischen der Druckkammer 5 und der
Federkammer 6 abgesperrt sind.
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Gegenüber dem im Bereich der Einlasskammer 4 verschiebbaren Teil des
Schaltkolbens 13 ist dieser an dem in die Druckkammer 5 und die Federkammer 6 ragenden
Teil in seinem Durchmesser erweitert, so dass er im Bereich der Druckkammer 5 eine
Beaufschlagungsfläche 14 hat, die vom Speicherdruck, der auch in der Druckkammer
5 herrscht, in Richtung zur Federkammer 6 hin druckbeaufschlagt ist.
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Entgegen dieser Druckbeaufschlagung wirkt auf den Schaltkolben 13
eine in der Federkammer 6 angeordnete und am Gehäuse 2 abgestützte Druckfeder 15.
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An seinem in die als Stufenbohrung ausgebildete Einlasskammer 4 und
Auslasskarmner 3 hineinragenden Ende ist der Schaltkolben 13 mit einer Erweiterung
versehen, die an ihrer zur Auslasskammer 3 gerichteten Seite als Sitzventilglied
16 ausgebildet ist, das mit einem.Ventilsitz 17 zusammenarbeitet, der am Übergang
von der als kleine Stufe ausgebildeten Auslasskammer 3 zur als
grosse
Stufe ausgebildeten Einlasskammer 4 ausgebildet ist. Die Stirnseite des Schaltkolbens
13 bildet eine erste druckbeaufschlagbare Wirkfläche 18, während der erweiterte
Teil des Schaltkolbens 13 zur Einlasskammer 4 hin eine entgegengesetzt zur Wirkfläche
18 druckbeaufschlagbare zweite Wirkfläche 19 bildet.
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Der Schaltkolben 13 ist als Hohlkolben ausgebildet, dessen koaxialer
Innenraum 20 über Radialbohrungen 21 bzw. 21 mit der Einlasskammer 4 verbunden ist.
Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 ist die Radialbohrung 21' eine Drosselbohrung.
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Zur Auslasskammer 3 hin ist der Innenraum 20 über eine Bohrung 22
verbunden, in der ein Schliessglied 23 axial verschiebbar, dichtend geführt ist.
Das Schliessglied 23 ist an seinem zum Rücklaufanschluss 7 gerichteten erweiterten
Teil als Sitzventilglied 24 ausgebildet, das mit der als Ventilsitz 25 ausgebildeten
Mündung des Rücklaufanschlusses 7 in die Auslasskammer 3 zusammenwirkt. Der erweiterte
Teil des Schliessgliedes 23 bildet gleichzeitig einen mit der Stirnseitig des Schaltkolbens
13 zusammenwirkenden Anschlag 26, durch den die Bewegungsfreiheit des Schliessglieds
23 in Öffnungsrichtung begrenzt wird. Ein weiterer Anschlag 27 ist am anderen, in
den Innenraum 20 ragenden Ende des Schliessglieds 23 ausgebildet und wirkt mit einem
Anschlag 28 des Schaltkolbens 13 zusammen. Die Anschläge 26, 27 und 28 sind so einander
zugeordnet, dass bei Anlage des Sitzventilgliedes 16 des Schaltkolbens 13 auf seinem
Ventilsitz 17 das Sitzventilglied 24 von seinem Ventilsitz 25 abgehoben werden kann,
wobei der dabei mögliche Bewegungshub kleiner ist als der Bewegungshub zwischen
den Anschlägen 27 und 28.
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Damit das bei Betrieb der Pumpe 8 vom Pumpendruck an seinem in den
Innenraum 20 ragenden Ende beaufschlagte Schliessglied 23 bei nicht fördernder Pumpe
8 den Durchgang von der Anschlusskammer 3 zum Rücklaufanschluss nicht geschlossen
hält, ist im Innenraum 20 zwischen dem Schaltkolben 13 und dem Schliessglied 23
eine Feder 29 geringer Kraft angeordnet, die auf das Schliessglied 23 in Öffnungsrichtung
einwirkt.
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über eine im Schliessglied 23 ausgebildete Drosselbohrung 30 ist die
Auslasskammer 3 mit dem Rücklaufanschluss 7 verbunden, so dass sich bei geschlossenen
Durchgängen von der Einlasskammer 4 zur Auslasskammer 3 und von der Auslasskammer
3 zum Rücklaufanschluss 7 kein Druck in der Auslasskammer 3 aufbauen kann.
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Der Innenraum 20 ist über eine koaxiale Bohrung 31 und ein Rückschlagventil
32 mit einer Ventilkammer 33 verbindbar, von der Radialbohrungen 34 in die Druckkammer
5 führen.
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Die Funktion des Speicherladeventils 1 ist folgende: Bei nicht fördernder
Pumpe 8 und bei einem Speicherdruck unterhalb eines bestimmten Drucks befindet sich
das Speicherladeventil 1 in der dargestellten.Stellung.
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D.h. das Rückschlagventil 32 und die Verbindung von der Einlasskammer
4 zur Auslasskammer 3 sind geschlossen; die Verbindung von der Auslasskammer 3 zum
Rücklaufanschluss 7 ist geöffnet.
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Wird die Pumpe 8 in Betrieb gesetzt, baut sich in der Einlasskammer
4 ein Druck auf, der auf das Schliessglied 23 entgegen der Kraft der Feder 29 einwirkt
und dieses bis zur Anlage des Sitzventilglieds 24 auf seinen Ventilsitz 25 verschiebt.
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Der Schaltkolben 13 wird durch die Druckfeder 15 und den auf die Wirkfläche
19 einwirkenden Pumpendruck mit seinem Sitzventilglied 16 auf den Ventilsitz 17
gepresst.
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Sollte Lecköl durch diesen geschlossenen Ventildurchgang in die drucklose
Auslasskammer 3 gelangen, so kann es, ohne einen Druck aufzubauen, über die Drosselbohrung
30 abfliessen.
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Das von der Pumpe 8 geförderte Druckmittel gelangt über die Einlasskammer
4, die Radialbohrung 21 bzw. 21' in den Innenraum 20 und von da über die Bohrung
31, das Rückschlagventil 32, die Ventilkammer 33 und die Radialbohrungen 34 in die
Druckkammer 5, von wo es zum Druckspeicher lo und Verbraucher gelangt. Da die Beaufschlagungsfläche
14 des Schaltkolbens 13 grösser ist als die Wirkfläche 19, wird beim Laden des Druckspeichers
lo nach und nach ein Druck erreicht, dessen auf die Beaufschlagungsfläche 13 wirkende
Kraft grösser ist als die in entgegengesetzter Richtung auf den Schaltkolben 13
einwirkenden Kräfte der Druckf eder 15 und des auf die Wirkfläche 19 einwirkenden
Pumpendruckes.
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Dadurch wird der Schaltkolben 13 nach rechts verschoben, so dass der
Durchgang von der Einlasskammer 4 zur Auslasskammer 3 geöffnet wird und sich der
Pumpendruck auch in der Auslasskammer 3 aufbauen kann. Der Querschnitt der Drosselbohrung
30 ist so klein, dass er diesen Druckaufbau nicht beeinflusst.
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Da die Wirkfläche 18 grösser ist als die Wirkfläche 19, fällt durch
Druckausgleich der Wirkfläche 19-die in 8chliessrichtung auf den Schaltkolben 13
einwirkende Kraft weg, wogegen eine in öffnungsrichtung wirkende Kraft durch die
Beaufschlagung der Wirkfläche 18 mit dem Pumpendruck auf den Schaltkolben 13 einwirkt.
Diese in öffnungsrichtung gerichtete Kraft entspricht dem Produkt
aus
der Differenzfläche der Wirkflächen 18 und 19 und dem Pumpendruck.
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Da sich nun plötzlich die auf den Schaltkolben 13 einwirkenden Kräfte
zugunsten der in Öffnungsrichtung wirkenden Kraft wesentlich geändert haben, wird
der Schaltkolben weiter stark in öffnungsrichtung beschleunigt und reisst bei Ineingriffkommen
der Anschläge 27 und 28 das Schliessglied 23 mit sich, so dass der Durchgang von
der Auslasskammer 3 zum Rücklaufanschluss 7 schlagartig völlig geöffnet wird. Diese
Öffnungsbewegung des Schliessgliedes 23 wird ausserdem noch durch die Feder 29 unterstützt.
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Das von der Pumpe geförderte Druckmittel kann nun, nachdem auch das
Rückschlagventil 32 geschlossen ist, über den Rücklaufanschluss 7 abfliessen.
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Ist der Speicherdruck wieder so weit gesunken, dass die Druckfeder
15 den Schaltkolben.13 nach links verschieben kann, so schliesst sich wieder der
Durchgang von der Einlasskammer 4 zur Auslasskammer 3, das Schliessglied 23 wird
wieder in Schliesstellung verschoben und der Druckspeicher 1o wird wieder über das
Rückschlagventil 32 aufgeladen.
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Bei dem Einbau des erfindungsgemässen Speicherladeventils in den in
Fig. 1 dargestellten Hydraulikkreis ist als Verbraucher ein hydraulischer Bremskraftverstärker
35 an dem Druckspeicher lo angeschlossen, während der Rücklaufanschluss 7 mit einem
drucklosen Behälter 36 verbunden ist.
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das In Fig. 2 ist erfindungsgemässeSpeicherladeventil 1 in
einen
Hydraulikkreis eingebaut, bei dem als Verbraucher ein hydraulischer Bremskraftverstärker
35 an den Druckspeicher lo angeschlossen ist und der Rücklaufanschluss 7 mit einem
drucklosen Behälter 36 verbunden ist. Auswerden wird durch die Pumpe 8 auch noch
eine Servolenkung 37 mit Druckmittel versorgt.