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B. Schopper - 43
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U. Lucke - 3 Bremsdruckregelventil für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage
Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein Bremsdruckregelventil für eine hydraulische
Fahrzeugbremsanlage, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten Stufenkolben,
der von einer Steuerfeder gegen den geregelten Druck in eine Endstellung gedrückt
wird und entgegen der Kraft der Steuerfeder durch den ungeregelten Druck aus dieser
Endstellung heraus bewegbar ist, und mit einem durch die Bewegung des Stufenkolbens
steuerbaren Ventil, dessen Verschlußelement in der Endstellung des Stufenkolbens
mittels eines federnden Elements offen gehalten wird.
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Derartige Bremsdruckregelventile werden verwendet, um an den Vorderradbremsen
und den Hinterradbremsen einer Fahrzeugbremsanlage unterschiedliche Betätigungsdrücke
zu erzielen, wobei diese Druckunterschiede in möglichst idealer Weise der unterschiedlichen
Belastung der Vorder- und Hinterachse des Fahrzeuges sowie der Belastungsänderung
während eines Bremsvorgangs angepaßt sein sollen. Durch eine solche Anpassung der
Betätigungsdrücke an die Belastungsverteilung zwischen Vorderachse und Hinterachse
eines Fahrzeuges wird eine optimale
Bremswirkung erzielt und ein
Überbremsen der Hinterradbremsen vermieden.
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Um den Abstand zwischen dem geregelten Druck und dem idealen Druck
möglichst klein halten zu können, ist es bei Bremsdruckregelventilen erforderlich,
daß zwischen der Druckaufbaukennlinie und der Druckabbaukennlinie eine möglichst
geringe Hysterese vorhanden ist. Bei einem bekannten Bremsdruckregelventil dieser
Art (DE-PS 1 480 302) ist zur Erzielung einer geringen Hysterese das Verschlußelement
eines im Stufenkolben angeordneten Ventils an einem progressiv einfedernden Gummi-oder
Kunststoffpuffer abgestützt, der am Boden des Ventilgehäuses befestigt ist. Dieses
bekannte Bremsdruckregelventil hat den Nachteil, daß sich der von dem Gummipuffer
bestimmte Verlauf der Druckregelkennlinie nur experimentell ermitteln läßt, so daß
für jeden neuen Anwendungsfall umfangreiche experimentelle Untersuchungen erforderlich
sind. Wei terhin ändert sich die Härte des Gummipuffers während der üblichen Gebrauchsdauer
eines Bremsdruckregelventils durch Alterungsvorgänge erheblich, wodurch sich eine
unerwünschte Veränderung des Druckregelverhaltens ergibt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bremsdruckregelventil
der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Druckregelkennlinie bei geringer
Hysterese genau berechenbar ist und keinen alterungsbedingten Änderungen unterliegt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das federnde
Element aus einer vorgespannten Druckfeder besteht, deren Vorspannung und Federkennlinie
auf die Federkennlinie der Steuerfeder abgestimmt ist. Ein derartiger Bremskraftregler
hat
den Vorteil, daß die Steuerfeder und das federnde Element in eine genau bestimmbare
Wechselwirkung miteinander treten und dadurch einen genau vorherbestimmbaren Druckregelverlauf
ermöglichen. Weiterhin kann durch die Änderung der Vorspannung des federnden Elements
das Druckregelverhalten zusätzlich beeinflußt werden, wodurch sich in vielen Anwendungsfällen
eine genauere Anpassung der Druckregelkennlinie an den idealen Druckverlauf erzielen
läßt. Bei einer achslastabhängigen Änderung der Vorspannung der Steuerfeder ist
der Regelbereich des erfindungsgemäßen Druckregelventils unabhängig vom jeweiligen
Beladungszustand des Fahrzeuges, da das Regelverhalten des federnden Elementes durch
die Höhe des eingesteuerten Drucks nicht beeinflußt wird. Schließlich zeichnet sich
das erfindungsgemäße Druckregelventil durch einen einfachen Aufbau aus und läßt
sich daher einfach herstellen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Bremsdruckregelventils besteht
erfindungsgemäß darin, daß die Bewegung des Stufenkolbens durch einen festen Anschlag
in einer Endstellung begrenzt ist, in der das federnde Element noch zusammendrückbar
ist. Damit läßt sich eine Begrenzung des geregelten Drucks am Ende der Druckregelphase
erzielen, die dem idealen Druckverlauf in vielen Anwendungsfällen sehr nahe kommt.
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Die Vorspannung der Druckfeder des federnden Elementes kann erfindungsgemäß
die Vorspannung einer Ventilschließfeder nur geringfügig übersteigen. Die Druckfeder
wird dann unmittelbar bei Einsetzen des Regelvorganges mit steigenden Drücken zunehmend
zusammengedrückt, wodurch sich ein flacherer und besonders hysteresearmer Verlauf
der Druckregelkennlinie unter Vermeidung einer zusätzlichen Steigungsänderung ergibt.
Vorzugsweise hat die Druckfeder eine lineare Kennlinie. Weiterhin
ist
es vorteilhaft, wenn die Druckfeder von außen einstellbar ist. Beispielsweise kann
hierdurch eine nochmalige Einstellung der Druckregelkennlinie nach dem Einbau des
Druckregelventils erfolgen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len näher
erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bremsdruckregelventil
mit lastabhängig spannbarer Steuerfeder, Fig. 2 die Druckregelkennlinie des Bremsdruckregelventils
gemäß Fig. 1 und Fig. 3 eine Druckregelkennlinie einer anderen Ausgestaltung eines
erfindungsgemäßen Bremsdruckregelventils.
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Das in Fig. 1 dargestellte Bremsdruckregelventil besteht aus einem
Ventilgehäuse 1 mit einer Anschlußbohrung 2 für einen Hauptbremszylinder und die
Vorderradbremsen einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage und einer Anschlußbohrung
3 für die Hinterradbremsen der Fahrzeugbremsanlage. Die Anschlußbohrungen 2, 3 münden
in eine Mittelbohrung 4, die von der größeren Kolbenstufe 5 eines Stufenkolbens
6 in eine mit der Anschlußbohrung 2 verbundene Eingangskammer 7 und eine mit der
Anschlußbohrung 3 verbundene Ausgangskammer 8 unterteilt ist.
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Die kleinere Kolbenstufe 9 des Stufenkolbens 6 erstreckt sich durch
eine Hülse 10, die die Mittelbohrung 4 nach außen verschließt und die Eingangskammer
7 begrenzt. An dem Ende der Kolbenstufe 9 liegt ein schwenkbar gelagerter Steuerhebel
11 an, der von einer Steuerfeder 12 gegen den Stufenkolben 6 gedrückt
wird.
Die Steuerfeder t2 ist über ein Gestänge 13 mit der Hinterradachsaufhängung eines
Fahrzeugs verbunden und wird mit zunehmender Einfederung gespannt.
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Über eine Längsbohrung 14 und Querbohrungen 15, 16 im Stufenkolben
6 sind die Eingangskammer 7 und die Ausgangskammer 8 miteinander verbunden. In der
Längsbohrung 14 ist ein Ventil 17 mit einem Verschlußelement 18 vorgesehen, das
von einer Ventilschließfeder 19 mit seiner kugeligen Stirnfläche gegen ein Ventilsitz
20 gedrückt wird. Das Verschlußelement 18 ist in Schließrichtung vom Druck in der
Eingangskammer 7 und in Öffnungsrichtung vom Druck in der Ausgangskammer 8 beaufschlagt.
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In einem sich um die Ausgangskammer 8 anschließenden Raum 24 ist eine
Druckfeder 25 angeordnet, die sich mit ihrem einen Ende am Ventilgehäuse 1 und mit
ihrem anderen Ende an einem Federtopf 21 abstützt und die von einer den Federtopf
21 umgebenden Anschlaghülse 22 unter Vorspannung gehalten wird.
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Die Anschlaghülse 22 ist im Ventilgehäuse 1 befestigt. Der Federtopf
21 trägt einen Stift 23, der in die Längsbohrung 14 im Stufenkolben 6 hineinragt
und an den das Verschlußelement 18 mit seiner Stirnfläche anlegbar ist. Die Länge
des Stiftes 23 ist so bemessen, daß zwischen dem Stufenkolben 6 und der Anschlaghülse
22 ein Abstand 5 besteht, wenn das Verschlußv element 18 an dem Ventilsitz 17 und
dem Stift 23 anliegt. Die Druckfeder 25 ist um einen Weg 5 zusammendrückbar, der
größer a ist als der Abstand Sv.
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Das dargestellte Bremsdruckregelventil arbeitet wie nachfolgend beschrieben:
In der Ruhestellung bei gelöster Bremse wird der Stufenkolben 6 von der Steuerfeder
12 über den Steuerhebel 11 gegen die Anschlaghülse 22 gedrückt. Das Ventil 17 wird
hierbei von dem Stift 23 offen gehalten, da die Vorspannung der Druckfeder 25
die
Vorspannung der Ventilschließfeder 19 geringfügig übersteigt.
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Wird nun die Bremse betätigt, so kann das von einem Hauptzylinder
über die Anschlußbohrung 2 eingesteuerte Druckmittel über das offene Ventil 17 ungehindert
zur Anschlußbohrung 3 und von dort zu den Hinterradbremsen gelangen. Sobald die
Bremslüftspiele überwunden sind, steigt der Druck in der Bremsanlage an und erzeugt
durch Beaufschlagung der kleinen Kolbenstufe 9 eine der Kraft der Steuerfeder 12
entgegengerichtete Druckkraft am Steuerhebel 11. Sobald die Druckkraft die Kraft
der Steuerfeder 12 überschreitet, beginnt sich der Stufenkolben 6 aus dem Ventilgehäuse
1 herauszubewegen, bis nach Überwindung des Weges 5v das Ventil 17 geschlossen ist.
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Diese Betätigungsphase ist in Fig. 2 mit A gekennzeichnet.
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Nach dem Schließen des Ventils 17 wird der Druckanstieg in der Ausgangskammer
8 von den hydraulischen Wirkflächen des Stufenkolbens 6 und der Kraft der Steuerfeder
12 bestimmt. Das Ventil 17 öffnet immer nur dann, wenn die Druckkraft, die durch
den die Kolbenstufe 5 beaufschlagenden Druck in der Ausgangskammer 8 erzeugt wird,
von der Druckkraft, die der in der Eingangskammer 7 herrschende Druck an der Ringfläche
der Kolbenstufe 5 erzeugt und von der Kraft der Steuerfeder 12 überwunden wird.
Hierbei bleibt die Wirkfläche des Ventils 17 außer Betracht, da sich das Verschlußelement
18 an dem Stift 23 abstützt. Bei weiterem Anstieg des Drucks in der Eingangskammer
7 steigt somit der Druck in der Ausgangskammer 8 entsprechend den angeführten Gleichgewichtsbedingungen
gemindert an, so daß zwischen Eingangskammer 7 und Ausgangskammer 8 eine Druckdifferenz
entsteht. Diese Druckdifferenz lastet auf dem Verschlußelement 18 und bewirkt ein
fortschreitendes Zusammendrücken
der Druckfeder 25, wobei sich
der Stufenkolben 6 mit dem Verschlußelement 18 entsprechend in das Ventilgehäuse
1 hineinbewegt. Diese durch die Zusammendrückung der Druckfeder 25 hervorgerufene
Bewegung des Stufenkolbens 6 führt zu einer Senkung der auf den Stufenkolben 6 einwirkenden
Kraft der Steuerfeder 12 und beeinflußt damit das die Drucksteuerung in der Ausgangskammer
8 bewirkende Kräftegleichgewicht am Stufenkolben 6 derart, daß der Druckanstieg
in der Ausgangskammer 8 stärker gegenüber dem Druckanstieg in der Eingangskammer
7 zurückbleibt, als bei einer starren Befestigung des Stiftes 23 am Ventilgehäuse
1. Der diesen Regelabschnitt B wiedergebende Teil der Kennlinie in Fig. 2 verläuft
somit flacher als bei starrer Befestigung des Stiftes 23.
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Wenn die Druckfeder 25 soweit zusammengedrückt ist, daß der Stufenkolben
6 sich an der Anschlaghülse 22 anlegt, ist ein Öffnen des Ventils 17 nicht mehr
möglich. Der Druck in der Ausgangskammer 8 bleibt auch bei weiterem Druckanstieg
in der Eingangskammer 7 konstant, was dem Kennlinienverlauf im Abschnitt C in Fig.
2 entspricht.
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Beim Lösen der Bremse wird die Druckabsenkung in der Ausgangskammer
8 zunächst ausschließlich durch eine Bewegung des Stufenkolbens 6 aus dem Ventilgehäuse
1 heraus bewirkt. Für das Verhältnis der Drücke ist daher das oben angegebene Kräftegleichgewicht
am Stufenkolben 6 in gleichem Maße gültig, so daß sich keine Abweichung von dem
beschriebenen Verlauf der Druckkennlinie gemäß Fig. 2 ergibt. Lediglich die Reibung
an den Dichtungen des Stufenkolbens 6 führt dazu, daß der Druck in der Ausgangskammer
8 beim Bremslösevorgang geringfügig über dem jeweiligen Vergleichsdruck beim Bremsanlegevorgang
liegt.
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Dies wird dadurch erreicht, daß die durch die Druckdifferenz
zwischen
Eingangskammer 7 und Ausgangskammer 8 auf das Verschlußelement einwirkende Kraft
von der Druckfeder 18 in der Druckabbauphase solange ausgeglichen wird, bis sich
die Drücke in der Eingangskammer 7 und der Ausgangskammer 8 wieder aneinander angeglichen
haben und das Ventil 17 durch erneutes Eintauchen des Stufenkolbens 6 in das Ventilgehäuse
1 geöffnet wird.
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Fig. 2 zeigt das Verhältnis von Eingangsdruck zu Ausgangsdruck des
Bremsdruckregelventils gemäß Fig. 1 bei leerem und bei beladenem Fahrzeug, d.h.
mit gering und stark gespannter Steuerfeder 12. Die beiden Kennlinien a, at unterscheiden
sich voneinander durch den Abschnitt A bzw. A', also die Phase bis zum Schließen
des Ventils 17, während die Abschnitte B, C und B', C' einander gleichen und parallel
zueinander verlaufen.
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Zum Vergleich wurden die Kennlinien b, b' der idealen Bremsdruckverteilung
ebenfalls eingezeichnet. Das Diagramm macht deutlich, wie nahe die Kennlinien a,
a' des Bremsdruckregelventils diesen idealen Kennlinien kommen.
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Fig. 3 zeigt eine Druckverteilungskennlinie, bei der der Regelbereich
B in einen Bereich B1 und einen Bereich B2 unterteilt ist. Dies wird durch eine
so hohe Vorspannung der Druckfeder 25 erreicht, daß die Druckfeder 25 von dem Verschlußelement
18 erst zusammengedrückt wird, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Eingangsdruck
und dem Ausgangsdruck dem Wert X entspricht. Der Druck in der Ausgangskammer 8 wird
also in dem Bereich B1 mit einem durch die Vorspannung der Druckfeder 25 quasi starr
mit dem Ventilgehäuse 1 verbundenem Stift 23 erzielt, wobei sich der Stufenkolben
6 nicht in das Ventilgehäuse 1 hineinbewegt. Erst wenn die Drücke in der Eingangskammer
7
und der Ausgangskammer 8 den Wert an der Stelle X erreicht haben, wird die Druckfeder
25 zusammengedrückt, wodurch die Kraft der Feder 12 absinkt, so daß der weitere
Druckanstieg in der Ausgangskammer 8 entsprechend flacher verläuft. Eine solche
mehrfache Abknickung der Druckverteilungskurve ermöglicht bei manchen Anwendungsfällen
eine bessere Annäherung der tatsächlichen Drücke an die Idealwerte.
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Das beschriebene Bremsdruckregelventil eignet sich für Anwendungen,
bei denen die Steuerfeder 12 fest eingestellt ist.
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Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn der Steuerweg 5 des v Stufenkolbens
größer ist als der Federweg 5 der Druckfeder a 25. Das Druckregelventil schaltet
dann nach dem Zusammendrücken der Druckfeder 2 5 wieder auf das vom Stufenkolben
bestimmte ursprüngliche Minderungsverhältnis zurück.
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Bezugszeichenliste 1 Ventilgehäuse 2 Anschlußbohrung 3 Anschlußbohrung
4 Mittelbohrung 5 größere Kolbenstufe von 6 6 Stufenkolben 7 Eingangskammer 8 Ausgangskammer
9 kleinere Kolbenstufe von 6 10 Hülse 11 Steuerhebel 12 Steuerfeder 13 Gestänge
14 Längsbohrung 15 Querbohrung 16 Querbohrung 17 Ventil 1 8 Verschlußelement 19
Ventilschließfeder 20 Ventilsitz 21 Federtopf 22 Anschlaghülse 23 Stift 24 Raum
25 Druckfeder 5 Abstand v Sa Weg
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