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Schieberventil
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Schieberventil für einen hydraulischen
Kraftverstärker zur Steuerung von Druckmittelverbindungen zwischen einem Druckraum
und einer Druckquelle bzw. einem Rücklauf, bei dem in einer Axialbohrung eines Steuergehäuses
mit einem radialen Zulauf- und einem Rücklaufkanal ein Steuerschieber axial verschiebbar
geführt ist und bei dem der Zulauf- und der Rücklaufkanal durch eine radial verlagerbare
Dichtungsanordnung verschließbar ist.
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Eine derartige Anordnung ist aus der DE-AS 26 o2 o50 bekannt.
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Das bekannte Schieberventil ist im Verstärkerkolben eines hydrauliscllen
Bremskraftverstärkers untergebracht. Der Steuerschieber ist grob toleriert in eine
Sackbohrung des Verstärkerkolbens eingepaßt, so daß ein Radialspiel zwischen dem
Steuerschieber und der Sackbohrung entsteht, das eine entsprechende radiale Verlagerung
des Steuerschiebers in der Sackbohruny ermöglicht.
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Der Steuerschie}er ist mit einem durchgehenden Axialkanal versehen,
der einerseits in das verschlossene Ende der Sackbohrung und andererseits in den
Druckraum mündet. Vom Axialkanal dcs Steuerschiebers zweigt ein Radialkanal ab,
der hei der Betätigung des Steuerschiebers einen Zulaufkana3.
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im Verstärkerkolben überfährt und auf diese Weise eine Verbindung
zwischen einer Druckquelle und dem Druckraum herstellt.
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Im Betätigungszustand des Steuerschiebers ist ein mit dem Rücklauf
verbundener radialer Rücklaufkanal im Verstärkerkolben durch einen Teil der Umfangs
fläche des Steuerschiebers /2
verschlossen. Da dieser Rücklaufkanal
niedrigen Rücklaufdruck führt, wird der Steuerschieber radial in der Sackbohrung
verlagert, wobei der Rücklaufkanal verschlossen ist.
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Andererseits führt der Radialkanal im Steuerschieber den Rücklaufdruck,
solange sich die Anordnung in der Ruhestellung befindet. Auch in diesem Fall wird
der Steuerschieber einseitig zum Zulaufkanal des Verstärkerkolbens verlagert, kommt
dort mit einem Bereich seiner Außenumfangsfläche zur Anlage und sorgt für eine Abdichtung.
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Bei der -beschriebenen Anordnung sind am Steuerschieber b6iderseits
des Radialkanals zwei Dichtungsringe mit PTFL-Ringen und 0-Ringen vorgesehen, die
in der Ruhestellung eine Leckage vom Zulaufkanal zum Rücklaufkanal verhindern. Derartige
Diclltungen üben jedoch nicht unerhebliche Reibkräfte auf die mit ihnen in Kontakt
tretenden Teile aus, so daß sich insgesamt die Betätigungskraft erhöht. Außerdem
tritt bei der Betätigung ein sogenannter Losbrecheffekt in Erscheinung, wenn die
Haftreibung der Dichtungen in eine Gleitreibung übergeht und der Steuerschieber
schlagartig in die Betäticjungsstellung fährt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit geringem
baulichen Aufwand ein Schieberventil der eingangs genannten Gattung zu schaffen,
bei dem zusätzliches Dichtung: material eingespart wird.
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Diese Aüfgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zulaufkanal
und der Rücklaufkanal durch zwei in Radialrichtung unabhängig voneinander beweglich
am Steuerschieber gelagerte Dichtkörper steuerbar ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung
wird
in vorteilhafter Weise erreicht, daß auch der Zulaufkanal sehr gut abgedichtet ist,
da die Schließkraft-in Strömungsrichtung des Druckmittels wirkt. Durch die gegenüber
der bekannten Anordnung wesentlich erhöhte Dichtwirkung am Zulaufkanal sind weitere
Dichtungen am Steuerschieber entbehrlich, so daß sich ein einfacher Aufbau und eine
Gewichtsersparnis ergibt. Ferner kann die Funktion des Steuerschiebers nicht durch
Dichtungsmaterial beeinträchtigt werden. In der Bremslösestellung ist der den Rücklaufkanal
steuernde Dichtkörper druckausgeglichen ;während an dem den Zulaufkanal steuernden
Dichtkörper eine Druckdifferenz eingestellt ist, die in Strömungsrichtung des Druckmittels
eine Schließkraft ausübt. Bei geöffnetem Zulaufkanal liegt am Dichtkörper des Rücklaufkanals
eine in Schließrichtung wirkende Druckdifferenz vor. In jeder Zwischenstellung des
Steuerschiebers entsteht an beiden Dichtkörpern eine Druckdifferenz und eine entsprechend
gute Abdichtung.
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Zu einer vorteilhaften Ausgestaltung gelangt man, wenn der den Rücklaufkanal
steuernde Dichtkörper ein mit radialem Spiel in der Axialbohrung des Steuergehäuses
gelagerter Dichtring ist. Als Dichtkörper ist also ein einfach herzustellendes,
kostengünstiges Drehteil eingesetzt. Auch ist es vorteilhaft, den den Zulaufkanal
steuernden Dichtkörper als einen mit radialem Spiel an der Außenumfangsfläche des
SteuercJellEusos gelagerten Dichtring auszubilden. Auch in diese Fall kommt ein
einfaches, kostengünstiges Drehteil als Dichtkörper zum Eiiisatz.
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Die-Übertragung der axialen Stellung des Steuerschiebers auf den Dichtring
wird in einer vorteilhaften'Ausgestaltung der Erfindung so vorgenommen, daß der
Dichtring am Rücklaufkanal topfartig ausgebildet ist und daß der Dichtring mittels
eines den Topfboden durchgreifenden Helteelementes mit dem
Steuerschieber
verbunden ist. Zu einer weiteren vorteilhat't-en Ausbildung gelangt man, wenn innerhalb
des Dichtrings eine sich am Topfboden und am Steuergehäuse abstützende .Rückstellfeder
angeordnet ist. Da die Rückstellfeder zumindest teilweise innerhalb des Dichtrings
liegt, ist gleichzeitig ihre Lage weitgehend festgelegt.
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Darüberhinaus ist es vorteilhaft, den Dichtring in einem vergrößerten
Abschnitt der Axialbohrung zu führen und dafür zu sorgen, daß bei voller öffnung
des Rücklaufkanals der Dichtring an einem Absatz der Axialbohrung anschlägt. Durch
diese Ausgestaltung ist der Steuerschieber mit Sicherheit am Herausgleiten aus der
Axialbohrung gehindert. Zusätzliche Sicherungselemente müssen nicht vorgesehen werden.
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Auch hat es Vorteile, wenn an der Innenumfangsfläche des Dichtrings
am Zulaufkanal ein den Zulaufkanal durchgreifendes Mitnahmeelement angeformt ist,
das in eine Radialnut des Steuerschiebers eingreift. Der Durchgriff zur Betätigung
des Dichtringes auf der Druckseite liegt also innerhalb der Dichtfläche des Dichtringes.
Konstruktiv besonders einfach ist es, als Mitnahmeorgan einen druckdicht in den
Dichtring eingepreßten Stift zu verwenden, der hinsichtlich seiner Abmessungen derart
auf die Radialnut des Steuerschiebers abgestimmt ist, daß sich ein geringes Axialspiel
des Stiftes ergibt. Zudem kann es aus fertigungstechnischen Gründen vorteilhaft
sein, die Radialnut als Ringnut auszubilden.
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Vorteilhafterweise ist das Schieberventil derart ausgebildet, daß
die Axialbohrung in den an den Zulaufkanal und den Rück-.
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laufkanal angrenzenden Abschnitten-erweitert ist und daß durch Druckmittelkanäle
des Steuerschiebers eine permanente Verbindung zwischen den erweiterten Abschnitten
hergestellt ist. Es ist somit'sichergestelit, daß stets der Druck des
geöffneten
Kanals ungeminder-t am geschlossenen Kanal anliegt, so daß die Anpreßkraft der Dichtkörper
stets- ein Maximum erreicht. Auf die Druckmittelkanäle im Steuerschieber kann man
verzichten, wenn die erweiterten Abschnitte der Axialbohrung über ein Axialspiel
zwischen Steuergehäuse und Steuerschieber permanent miteinander Verbindung haben.
Hierdurch entsteht eine Ausführungsform, die sich durch besonders geringe Fertigungskosten
auszeichnet, Wenn der den Rück]aufR.anal steuernde Dichtkörper zusätzlich mit axialem
Spiel am Steuerschieber gelagert ist, wird die Reibuoly des Steuerschiebers bei
Bremshetätigung reduziert.
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Dieses Spiel kann derart bemessen sein, daß beim Halten des eingesteuerten
Drucks und auch beim weiteren Druckaufhau durch wiederholtes Öffnen des Zulaufkanals
keine Verschiebung des dem Rücklaufkanal steuernden Dichtrings erforderlich ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung
näher erläutert.
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In der Zeichnung ist mit 1 ein Steuergehäuse und mit 2 ein in einer
Axialbohrung 3 des Steuergehäuses geführter Steuerschieber bezeichnet. Die Axialbohrung
3 des Steuergehäuses 1 ist an dem in der Darstellung - linken Ende durch ein Endstück
4 verschlossen. In die Axialbohrung 3 des Steuergehäuses 1 mündet ciii Zulaufkanal
5 und ein Rücklaufkanal 6, wobei der Zulaufkanal 5 mit einer Druckquelle 7 und der
Rücklaufkanal 6 mit denn Rücklaufbehälter 8 verbunden ist. Auf das in der Darstellung
rechte Ende des Steuerschiebers 2 ist eine Betcotigungs-, kraft F ausübbar, durch
die ein Druckraum 9 unter Druck setzbar ist.
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Die Axialbohrung 3 des Steuergehäuses 1 ist einen ersten Abscllnitt
10 mit einem Durchmesser D 1, zweite Abschnitte 11 , 12
mit einem
Durchmesser D 2 und einen dritten Abschnitt 13 mit einem Durchmesser D 3 auf, wobei
die Beziehung D 1 c D 2<D 3 gilt. Der Steuerschieber 2 ist im mittleren Bohrungsabschnitt
10 mit dem Durchmesser D 1 mit relativ geringem Spiel axial verschiebbar geführt.
An den Bohrungsabschnitt 10 schließen sich beiderseits die Bohrungsabschnitte 11,12
mit einem geringfügig größeren Durchmesser D 2 an. In die Bohrungsabschnitte ll1l2münden
Radialkanäle 14/15 des Steuerschiebers 2, die ihrerseits über einen Axialkanal 16
miteinander verbunden sind. Am Bohrungsabschnitt 12 schließt sich ein nochmals erweiterter
Bohrungsabschnitt 13 mit c incm Durchmesser 13 3 an.
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Im Bohrungsabschnitt 13 ist ein erster Dichtkörper 1 7 geführt, der
topfförmig mit einem Ring 18 und einem Topfboden 19 ausgeführt ist. Der Dichtkörper
17 ist mit einem deutlichen Spiel im Bohrungabsehnitt 13 geführt und weist im Topfboden
1 9 einc Öffnung 20 auf, durch die eine in den Steuerschieher 2 eingeschraubte Schraube
21 oder ein ähnliches Verbindungselement hindurchgeführt ist, so dan der Dichtkörper
17 radial beweglich am Steuerschieber 2. gelagert ist. Die Lagerung des Dichtkörpers
17 ist derart ausgestaltet, daß zwischen dem Steuerschieber 2 und dem Dichtkörper
17 eine geringe Axialverschiebung auftreten kann. Am Topfboden 1'9 und an der gegenüberliegenden
Stirnwand des Endteiles 4 stützt sich eine Rückstellfeder 22 ab.
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Im Bereich des Zulaufkanals 5 ist das Steuergehäuse 1 von einem zweiten
Dichtkörper 23 umgeben, der ebenfalls ringförmig ausgebildet ist und dessen Innenumfangsfläche
ein radiales Spiel mit der Außenumfangsfläche des Steuergehäuses 1 einschließt.
Der zweite ringförmige Dichtkörper 23 weist ein radial nach inncn gerichtetes Mitnahmeorgan
24, bei-
spielsweise einen druckdicht in den Dichtkörper 23 eingepreßten
Stift auf, der bei geringem Axialspiel in eine Nut 25 des Steuerschiebers 2 eingreift.
Der Zulaufkanal 5 ist so bemessen, daß de Dichtkörper 23 unter Verschließen bzw.
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Öffnen der Zulauföffnung 5 über das Steuergehäuse 1 bewegbar ist.
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Nach folgend ist die Funktionsweise des Schieberventils erläutert,
wobei angenommen ist, daß das Steuergehäuse 1 gleichzeitig die Funktion eines Verstärkerkolbens
erfüllt, in einer Zylinderbohrung 26 verschiebbar geführt ist und einen nicht dargestellten
Geberzylinder betätigen kann. In der in der Zeichnung dargestellten Ruhelage nehmen
alle Teile die gezeigt Stellung ein, wobei die Ruhelage des Steuerschiebers 2 durch
die Rückstellfeder 22 herbeigeführt wird. Die Rückstellfeder 22 sorgt nämlich dafür,
daß sich der Topfboden 19 des ersten Dichtkörpers 17 an eine Ringschulter der Axialbohrung
3 zwischen den Bohrungsabschnitten 12,13 anlegt. In der Ruhestellung ist der Rücklaufkanal
6 voll geöffnet, während der Zulaufkanal 5 durch den zweiten Dichtkörper 23 verschlossen
ist. In diesem Betriebszustand ist der erste Dichtkörper 17 druckaüsgeglichen.
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Der Rücklaufdruck gelangt vom Rücklaufkanal 6 über den Bohrungsabschnitt
1 2, die Radialkanäle 1 4 , 15 und den Axialkanal 16 /iim Bohrungsabschnitt 11 und
von dort zum Zulaufkanal 5.
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lizs ist also festzustellen, daß an der dem Steuerschieber 2 zugewandten
Fläche des zweiten Dichtkörpers 23 der Rück-1.aufdruck anliegt, während die anderen
Flächen des zweiten Dichtkörpers 23 mit dem Druck der Druckquelle 7 beaufschlagt
sind. Am zweiten Dichtkörper 23 entsteht somit an der Mündung des Zulaufkanals 5
eine Druckdiffernez, die den zweiten Dichtkörper 23 radial zum Zulaufkanal 5 verlagert
und dort für eine gute Abdichtung sorgt.
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Wird eine Betätigungskraft F auf den Steuerschieber 2 ausgeübt, so
verschiebt sich der Steuerschieber 2 gegen die KriJt der Druckfeder 22 in der Darstellung
nach links, wobei zunächst durch den ersten Dichtkörper 17 der Rücklaufkanal 6 verschlossen
wird, bevor der zweite Dichtkörper 23 den Zulaufkanal 5 freigiht und 1)ruckmittel
in den DrucJ-raum 9 einsteuert. Der Druck im Druckraum 9 herrscht gleichzeitig auch
in der Kammer vor, in der die Rückstellfeder 22 untergebracht ist. Somit entsteht
nun am ersten Dichtkörper 17 eine Druckdifferenz, durch die der erste Dichtkörper
17 in Richtuny des Rücklaufkanals 6 vcr]agert wird und dort für eine hochdichte
Abdichtung sorgt. Eluat der Druck im Druckraum 9 ein bestimmtes Niveau erreicht,
so setzt nicht das Steuergehäuse 1 in der Darstellung nach links in Bewegung und
betätigt den nicht dargestellten Geberzylinder.
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Entsprechend der auf den Steuerschieber 2 aufgebrachten Betätigungskraft
F stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein.
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Beim Fortfall der auf den Steuerschieber 2 einwirkenden Betätigungskraft
F wird die beschriebene Anordnung in die in der Zeichnung dargestellte Ruhelage
zurückgeführt.
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L e e r s e i t e