DE3517517C2 - Ventilanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung zur Steuerung eines Ausgangsdrucks eines Fluids in Abhän­ gigkeit von einem Eingangsdruck des Fluids gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Ventilanordnung dieser Art (DE 14 80 346 A1) sind zwei Ventile zwischen Ein- und Auslaß­ kammer ausgebildet, wobei das Verschlußstück des zwei­ ten Ventils gleichzeitig den Ventilsitz des ersten Ven­ tils bildet. Der Kolben ist in der Ausgangskammer an­ geordnet. Das erste Ventil schließt unter der Kraft einer Feder und unter dem Eingangsdruck. Das zweite Ventil öffnet unter dem Eingangsdruck gegen die Kraft einer Feder. Dort sind mithin zwei Ventile und drei Federn vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventil­ anordnung der genannten Art, insbesondere für den Ein­ bau in Bremsdruckleitungen, anzugeben, die einen ein­ facheren Aufbau aufweist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kolben die Einlaßkammer begrenzt, daß das erste Ventil mit dem Eingangsdruck öffnet und daß der Ventil­ sitz des ersten Ventils gehäusefest ist.

Bei dieser Lösung kommt man mit nur einem Ventil und zwei Federn aus.

Bei einem allmählichen Abbau des Eingangsdrucks der Ventilanordnung wird auch der Ausgangsdruck umgekehrt wie bei einer Steigerung des Eingangsdrucks ohne Hyste­ rese abgebaut. Wenn jedoch der Eingangsdruck schlagar­ tig verringert wird, kann das Feder-Masse-System der Ventilanordnung in Verbindung mit der Reibung des Kol­ bens diesem Druckabbau nicht in allen Fällen rasch ge­ nug folgen. Darüber hinaus kann es zu Schwingungen an­ geregt werden. Dies gilt in noch höherem Maße für die gattungsgemäße Ventilanordnung, bei der ein zusätzli­ ches Ventil mit einem federbelasteten Ventilverschluß­ stück vorgesehen ist.

Um einen weitgehend unverzögerten und schwingungsarmen Druckabbau zu ermöglichen, kann gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 2 paral­ lel zum ersten ein zweites Ventil zwischen Ein- und Auslaßkammer vorgesehen sein, das geöffnet ist, wenn der Ausgangsdruck höher als der Eingangsdruck ist, und das als Nutmanschetten-Ventil ausgebildet ist. Ein solches Ventil hat einen einfachen Aufbau bei geringer Masse, so daß es praktisch unverzögert anspricht, ohne Schwingungen auszuführen. Da es praktisch keiner Reibung unterliegt, ist es entsprechend verschleißarm.

Sodann kann das Verschlußstück des ersten Ventils in der geöffneten Stellung mit einem eingangsseitigen Fortsatz an der durch den Eingangsdruck beaufschlagten Stirnfläche des Kolbens anliegen. Der Kolben hält dieses Ventilverschlußstück dann zwangsläufig solange in der geöffneten Stellung, bis der Eingangsdruck den unteren Druckwert überschreitet und den Kolben vom Ventilver­ schlußstück abhebt.

Dabei kann der Fortsatz in einer axialen Bohrung des Ventilgehäuses mit Spiel geführt sein, so daß dieses Ventilverschlußstück ebenfalls keinem merklichen Rei­ bungsverschleiß unterliegt.

Um eine Entlüftung eines über die Ventilanordnung mit Druckfluid beaufschlagten Systems durch Anlegen von Unterdruck (eine sogenannte "Vakuumentlüftung") zu ermöglichen, kann ferner dafür gesorgt sein, daß die der Einlaßkammer abgewandte federbelastete Seite des Kolbens mit dem Freien in Verbindung steht. Hierbei hält der Kolben das Ventilverschlußstück des ersten Ventils zwangsweise in geöffneter Stellung, wenn Ein- oder Auslaßkammer mit Unterdruck beaufschlagt werden, so daß eventuell im System enthaltene Luft entweichen kann.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste­ hend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung und

Fig. 2 ein Diagramm der Abhängigkeit des Ausgangsdrucks vom Eingangsdruck der Ventilanordnung nach Fig. 1.

Nach Fig. 1 ist in einer Bohrung 1 eines Gehäuseteils 2 ein Gehäuseteil 3 eingeschraubt und mittels eines Dicht­ rings 4 gegen die Bohrung 1 abgedichtet. Der Gehäuse­ teil 3 hat eine zur Bohrung 1 koaxiale abgestufte Boh­ rung 5, in der ein Kolben 6 axial verschiebbar gelagert ist. Der Kolben 6 ist gegen die Bohrung 5 mittels eines Dichtrings 7 abgedichtet und begrenzt mit einer Stirn­ fläche eine Einlaßkammer 8 in der den Gehäuseteil 3 axial durchsetzenden abgestuften Bohrung 5. Die Einlaß­ kammer 8 ist über die Wand des Gehäuseteils 3 durchset­ zende Bohrungen 9 und einen Ringraum 10 zwischen den Gehäuseteilen 2 und 3 mit einem Einlaß 11 im Gehäuseteil 2 verbunden. Der Kolben 6 ist durch eine Feder 13 bela­ stet, die sich am Kolben 6 und an einem in die Bohrung 5 eingebördelten Deckel 12 abstützt.

In der axialen Bohrung 5 des Gehäuseteils 3 ist ferner ein Einsatz 14 druckdicht verstemmt, der eine axial durchgehende abgestufte Bohrung 15 aufweist. Die eine Schulterkante der Bohrung 15 bildet einen Ventilsitz 16 für ein Ventilverschlußstück 17 aus Kunststoff. Das Ventilverschlußstuck 17 besteht aus einem Kugelzo­ nenteil 18 mit axialen zylindrischen Fortsätzen 19 und 20. Das Ventilverschlußstück 17 wird durch eine Feder 21 gegen den Ventilsitz 16 bzw. die Stirnfläche des Kolbens 6 gedrückt. Dabei stützt sich die Feder 21 einerseits am Kugelzonenteil 18 des Ventilverschluß­ stücks 17 und andererseits an einer Ringschulter 22 der Bohrung 5 des Gehäuseteils 3 ab. Der Fortsatz 19 des Ventilverschlußstücks 17 ist in dem auf seiten des Kolbens 6 liegenden Abschnitt der Bohrung 15 des Einsatzes 14 leichtgängig mit Spiel geführt und läßt im übrigen einen Ringraum zwischen sich und der Bohrung 15 frei. Dieser Ringraum ist über radiale Bohrungen 23 mit der Einlaßkammer 8 verbunden.

Das dem Deckel 12 abgekehrte Ende der Bohrung 5 des Gehäuseteils 3 steht mit einer Auslaßkammer 24 in Ver­ bindung, an die sich ein Auslaß 25 anschließt.

Zwischen Einlaß 11 und Auslaß 25 ist der Gehäuseteil 3 mit einer äußeren Ringnut 26 versehen, in der ein Ventilverschlußstück 27 in Form einer Nutmanschette eingelegt ist. Eine umlaufende Lippe 28 der Nutmanschet­ te dichtet den Gehäuseteil 3 gegen die Bohrung 1 des Gehäuseteils 2 ab, wenn der Eingangsdruck P_e höher als der Ausgangsdruck P_a ist. Die Nutmanschette 27 bildet daher zusammen mit der Bohrung 1 des Gehäuseteils 2 ein Rückschlagventil, das den Durchgang von Druck­ fluid vom Einlaß 11 zum Auslaß 25 durch den Ringraum 10 zwischen den Gehäuseteilen 2 und 3 sperrt, dagegen in umgekehrter Richtung freigibt. Der in der Ringnut 26 anliegende Zylinderabschnitt 29 des Ventilverschluß­ stücks 27 wird durch einen den Gehäuseteil 3 zwischen Einlaß 11 und Ventilverschlußstück 27 umgebenden C-Ring 30, der axiale Durchgangskanäle in Form von Nuten auf seinem Umfang aufweist, überlappt. Der C-Ring 30 verhin­ dert ein radiales Ausbauchen dieses Zylinderabschnitts 29 bei einer axialen Stauchung der Nutmanschette 27 infolge eines schlagartigen Durchtritts von Druckfluid von der Auslaß- zur Einlaßseite der Ventilanordnung und stellt damit das Öffnen des Ventils 1, 27 durch radiales Anlegen der Lippe 28 am Zylinderabschnitt 29 weiterhin sicher.

Der die Feder 13 aufnehmende Rückraum in der Bohrung 5 zwischen Kolben 6 und Deckel 12 steht über eine Druck­ ausgleichbohrung 31 mit dem Freien in Verbindung. Die Druckausgleichbohrung 31 ist durch einen O-Ring 32 gegen Verschmutzung abgedeckt, der die Luft weitgehend ungehindert für einen Luftdruckausgleich auf der Rück­ seite des Kolbens 6 durch die Bohrung 31 durchläßt.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Ventilanordnung nach Fig. 1 unter Bezugnahme auf das Druckdiagramm nach Fig. 2 näher erläutert.

In der dargestellten Lage seien der Eingangsdruck P_e und der Ausgangsdruck P_a zunächst Null. Bei zunehmendem Eingangsdruck P_e pflanzt sich der Druck ungehindert über den Einlaß 11, den Ringraum 10, die Bohrungen 9, die Einlaßkammer 8, die Bohrungen 23, den Ringraum in der Bohrung 15, das geöffnete Ventil 16, 17 und den ausgangsseitigen Endabschnitt der axialen Bohrung 5 des Gehäuseteils 3 in die Auslaßkammer 24 und den Auslaß 25 fort. Hierbei wird der Kolben 6 durch die Feder 13 bis zum Erreichen eines unteren Wertes P_e1 des Eingangsdrucks P_e von etwa 1,6 bar, der durch die Feder 13 und die wirksame Stirnfläche des Kolbens 6 bestimmt ist, am Einsatz 14 anliegend gehalten. In dieser Lage des Kolbens 6 liegt auch das Ventilver­ schlußstück 17 mit seinem Fortsatz 19 unter der Kraft der Feder 21 an der Stirnfläche des Kolbens 6 an, wobei das Ventil 16, 17 geöffnet bleibt, da die Feder 21 schwächer als die Feder 13 ist. Der Ausgangsdruck P_a nimmt daher bis zum Erreichen des unteren Wertes P_e1 des Eingangsdrucks P_e im gleichen Maße zu wie der Ein­ gangsdruck P_e. Sobald der Wert P_e1 überschritten wird, überschreitet die durch den Eingangsdruck P_e auf die Stirnfläche des Kolbens 6 ausgeübte Druckkraft die Kraft der Feder 13, so daß der Kolben 6 vom Einsatz 14 abgehoben und schon bei nur geringfügig höherem Ein­ gangsdruck P_e bis an den durch den Deckel 12 gebilde­ ten Anschlag verschoben wird. Praktisch gleichzeitig mit dem Abheben des Kolbens 6 vom Einsatz 14 sitzt auch das Ventilverschlußstück 17 auf dem Ventilsitz 16 auf, während der Kolben 6 bis zu dem als Anschlag ausgebildeten Deckel 12 nur noch einen sehr kleinen weiteren Hubweg zurückzulegen hat. Durch das Abheben des Kolbens 6 vom Einsatz 14 wird mithin das Ventil 16, 17, gleichzeitig aber auch das Ventil 1, 27 ge­ schlossen. Die Feder 21 und die wirksame Fläche des Ventilverschlußstücks 17 sind so bemessen, daß das Ventil 16, 17 erst bei einem sehr viel höheren Wert P_e2 des Eingangsdrucks P_e öffnet, der hier bei etwa 9 bar liegt. Bis zu diesem Wert P_e2 behält der Ausgangs­ druck P_a daher den unteren Wert P_a1 = P_e1 bei. Sobald der Eingangsdruck P_e den oberen Wert P_e2 überschreitet, überschreitet die durch den Eingangsdruck P_e auf das Ventilverschlußstück 17 ausgeübte Druckkraft die Kraft der Feder 21, so daß das Ventil 16, 17 öffnet und der Ausgangsdruck P_a wieder linear mit dem Eingangsdruck P_e ansteigt. Nimmt danach der Eingangsdruck P_e von einem oberhalb von P_e2 liegenden Wert aus langsam wie­ der ab, dann wird die in Fig. 2 dargestellte Druckkur­ ve in umgekehrter Richtung durchlaufen: Bei Erreichen des Eingangsdrucks P_e2 schließt das Ventil 16, 17 wie­ der, und bei Erreichen des Eingangsdrucks P_e1 wird es wieder durch den Kolben 6 geöffnet.

Für diese Wirkungsweise wäre das Ventil 1, 27 an sich nicht erforderlich. Wenn der Ausgangsdruck P_a jedoch rasch durch schlagartigen Abbau des Eingangsdrucks P_e abgebaut werden soll, kann eine Verzögerung des Druckabbaus auf der Ausgangsseite dadurch entstehen, daß das Ventilverschlußstück 17 und der Kolben 6 nicht schnell genug dem eingangsseitigen Druckabbau folgen, da beide aufgrund ihrer Masse und Federbelastung zu einer verzögerten Bewegung und zu Schwingungen (Prel­ lungen) neigen, wenn sie schlagartig mit einer Druckdif­ ferenz beaufschlagt werden. Eine zusätzliche Verzöge­ rung wird insbesondre bei dem Kolben 6 durch die Rei­ bung des Dichtrings 7 und seine eigene Reibung in der Bohrung 6 bewirkt.

Eine derartige Ansprechverzögerung wird durch das Ven­ til 1, 27 verhindert, da das Ventilverschlußstück 27 aufgrund seiner geringen Masse und Federkraft sowie der nicht vorhandenen Reibung praktisch unverzögert anspricht, so daß der Ausgangsdruck P_a bei schlagarti­ ger Wegnahme des Eingangsdrucks P_e entsprechend rasch über das Ventil 1, 27 und die axialen Durchgangskanäle am Umfang des C-Rings 30 abgebaut wird.

Wie Fig. 2 zeigt, tritt bei steigendem Eingangsdruck P_e ein höherer Ausgangsdruck als P_a1 = 1,6 bar erst auf, wenn der Eingangsdruck P_e den verhältnismäßig hohen Wert P_e2 = 9 bar überschritten hat, während bis zum Erreichen des Eingangsdrucks P_e1 der Ausgangsdruck P_a gleich dem Eingangsdruck P_e ist. Diese Abhängigkeit des Ausgangsdrucks P_a vom Eingangsdruck P_e ist beson­ ders in einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs er­ wünscht, dessen Vorderradbremsen über einen Hauptbrems­ zylinder und dessen Hinterradbremsen über einen dem Hauptbremszylinder vorgeschalteten Verstärker gespeist werden, der, systembedingt, eine Druckvoreilung auf­ weist. Gegebenenfalls würde die beschriebene Ventilan­ ordnung zwischen den Verstärker und die Hinterradbremse geschaltet und der obere Wert P_e2 des Eingangsdrucks P_e gleich dem Ansprechdruck der Vorderradbremse ge­ wählt. Beide Bremsen würden dann beim gleichen Brems­ druck ansprechen. Auch wenn für gleiche Vorder- und Hinterradbremsen eine Bremsdruckregeleinrichtung vorge­ sehen ist, kann die beschriebene Ventilanordnung zwi­ schen Verstärker und Hinterradbremse geschaltet. Der untere Wert P_e1 wird so gewählt, daß er dem Druckabfall in dem der beschriebenen Ventilanordnung nachgeschalte­ ten Leitungssystem entspricht.

Wenn die beschriebene Ventilanordnung zur Erhöhung der Ansprechschwelle einer Bremse eingesetzt wird, deren Bremsdruck durch einen parallel zur Ventilanord­ nung liegenden Druckregler geregelt wird, kann der Druck auf der Ausgangsseite der Ventilanordnung den Eingangsdruck P_e überschreiten, da der Druckregler die Ausgangsseite zusätzlich mit Druck beaufschlagt. Da im Betrieb, bevor der Druckregler anspricht, der Eingangsdruck P_e höher als P_e1 ist, liegt der Kolben 6 bei ansprechendem Druckregler bereits am Deckel 12 an, so daß sich der Kolben 6 auch bei steigendem Aus­ gangsdruck P_a und damit steigendem Eingangsdruck P_e nicht weiter verschiebt und somit das Volumen des durch den Druckregler zusätzlich mit Druckfluid beaufschlagten Systems konstant bleibt. Der Druck des Druckreglers kann daher unverzögert im Bremssystem wirksam werden. Desgleichen wird das Regelverhalten des Druckreglers nicht durch eine zusätzliche Verzögerung im Druckregel­ kreis in Richtung auf eine Desensibilisierung beein­ trächtigt.

Bei einem unterstützten Entlüften der Bremsanlage (Va­ kuumentlüften) muß sichergestellt sein, daß die Ventil­ anordnung in geöffnetem Zustand bleibt, um einen unge­ hinderten Durchfluß von den Radbremszylindern zum Behäl­ ter zu gewährleisten. Die vakuumbeaufschlagte Fläche des Kolbens 6 hat in diesem Fall die gleiche Wirkungs­ richtung wie die Feder 13 und unterstützt diese in ihrer Funktion.

Claims (6)

1. Ventilanordnung zur Steuerung eines Ausgangsdrucks (P_a) eines Fluids in Abhängigkeit von einem Ein­ gangsdruck (P_e) des Fluids unter Konstanthaltung des Ausgangsdrucks (P_a) in dem Falle, daß sich der Eingangsdruck (P_e) zwischen einem unteren Druckwert (P_e1) und einem oberen Druckwert (P_e2) bewegt, mit einer Einlaßkammer (8) und einer Auslaßkammer (24), mit einem druckabhän­ gig schaltbaren ersten Ventil (16, 17) zwischen Ein- und Auslaßkammer (8, 24) und mit einem durch den Eingangsdruck (P_e) gegen eine erste Federkraft (13) beauf­ schlagten Kolben (6), der die durch eine zweite Federkraft (21) bewirkte Schließbewegung des Verschlußstücks (17) des ersten Ventils (16, 17), sich am Verschlußstück abstützend, bis zum Anstieg des Eingangsdrucks (P_e) auf den unteren Druckwert (P_e1) blockiert und bei Überschreiten des unteren Druckwertes (P_e1) un­ mittelbar nach Erreichen der Schließstellung des Verschlußstücks (17) an einem Anschlag (12) an­ liegt, wobei das Verschlußstück (17) nach Erreichen seiner Schließstellung diese unter der Wirkung der zweiten Federkraft (21) bis zum Anstieg des Eingangsdrucks (P_e) auf den oberen Druckwert beibehält, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben (6) die Einlaßkammer (8) begrenzt, daß das erste Ventil (16, 17) mit dem Eingangsdruck (P_e) öffnet und daß der Ventilsitz (16) des ersten Ventils (16, 17) gehäusefest ist.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, mit einem zum ersten Ventil parallelen zweiten Ventil zwischen Ein- und Auslaßkammer, das geöffnet ist, wenn der Ausgangs­ druck höher als der Eingangsdruck ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zweite Ventil (1, 27) ein Nutmanschetten-Ventil ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (17) des ersten Ventils (16, 17) aus Kunststoff besteht.

4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (17) des ersten Ventils (16, 17) in der geöffneten Stel­ lung mit einem eingangsseitigen Fortsatz (19) an der durch den Eingangsdruck (P_e) beaufschlagten Stirnfläche des Kolbens (6) anliegt.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Fortsatz (19) in einer axialen Bohrung (15) des Ventilgehäuses (12, 3) mit Spiel geführt ist.

6. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Einlaßkammer (8) abgewandte federbelastete Seite des Kolbens (6) mit dem Freien in Verbindung steht.