DE4032206A1 - Umschaltventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Umschaltventil zur Steuerung des Radbremsdruckes in Abhängigkeit des an einem Bremsgerät einer hydraulischen Bremsanlage anstehenden hydraulischen Verstär­ kerdrucks gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Kraftfahrzeugen mit hydraulischen Bremsanlagen, die auf­ grund des hohen zulässigen Fahrzeuggesamtgewichtes zwangsläu­ fig hydraulische Bremskraftverstärker mit relativ hohen Ver­ stärkungsfaktoren benötigen, bedarf es besonderer, häufig konstruktiv aufwendiger Maßnahmen, um bei einem Verstärker­ ausfall die gesetzlichen Vorschriften zur Bremsverzögerung (30% Abbremsung bei 500 Newton Fußkraft) zu erfüllen.

Diese Problematik ist bereits in der DE-OS 35 02 281 beschrie­ ben. Die darin beschriebene zweikreisige Bremsanlage weist ein vom Hilfsdruck des hydraulischen Verstärkers betätigbares Ventil auf. In diesem Ventil befindet sich ein Schaltkolben, der unter Einwirkung des Servodrucks ebenso wie der Hauptzy­ linderkolben in Betätigungsrichtung eine Hubbewegung voll­ zieht. Dadurch gelangt der hauptzylinderseitig gesteuerte Druck über eine Leitung auf die dem Schaltkolben abgewandte Stirnfläche eines mit dem Schaltkolben korrespondierenden Kolbenelementes. Folglich versperrt das am Schaltkolben ange­ brachte Ventilschließglied infolge der Kontaktierung des am Kolbenelement angeformten Ventilsitzes die hydraulische Ver­ bindung zu einem nachgeschalteten, separaten hydraulischen Absperrventil, das ebenfalls über eine erste am hydraulischen Ventil angebrachte Abzweigleitung vom Verstärkerdruck beauf­ schlagt wird und über eine zweite und dritte Leitungsanord­ nung - angeordnet im Bereich des kleineren Absperrkolbens - hydraulische Anschlüsse an die Ringräume des abgestuften Druckstangenkolbens aufweist. Dadurch wird das Druckmittel infolge der großen wirksamen Kolbenfläche am Druckstangenkol­ ben vom großen Ringraum zur Arbeitskammer im Sinne einer hy­ draulischen Übersetzung verdrängt.

Bei Ausfall des hydraulischen Verstärkers wird der Schaltkol­ ben im hydraulischen Ventil entlastet, so daß dieser eine Entlüftung des aus den Kolbenstufen mit unterschiedlichen Durchmessern gebildeten kleineren Ringraum herstellt. Hier­ durch ist lediglich die kleinere Kolbenstufe des Druckstan­ genkolbens zur Einsteuerung von Druckmittel in die Arbeits­ kammer wirksam.

Das Prinzip zum Erreichen der geforderten Abbremsung bei Ver­ stärkerausfall mittels ventilbetätigter Umschaltung von einem größeren auf einen kleineren wirksamen Druckstangenkolbenab­ schnitt ist hinsichtlich dem Aufwand zur speziellen Ausbil­ dung des Hauptzylinders und dem auch relativ hohen Aufwand zur Herstellung der vorbeschriebenen hydraulischen Ventile als nachteilig anzusehen.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein konstruktiv be­ sonders einfaches Umschaltventil zur Steuerung des Radbrems­ druckes in Abhängigkeit des an einem Bremsgerät anstehenden hydraulischen Verstärkerdrucks zu schaffen, das ohne maßgeb­ liche Veränderungen am Bremsgerät und unter Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Abbremsung bei Verstärkerausfall in nahezu alle konventionellen wie auch schlupfgeregelten Zweigkreisbremsanlagen integriert werden kann.

Diese Aufgaben werden durch die den Patentanspruch 1 kenn­ zeichnenden Merkmale gelöst. Somit basiert die Erfindung auf dem Gedanken, zwei spiegelsymmetrisch angeordnete sowie über einen gemeinsamen Servoraum beaufschlagte, an den Schaltkol­ ben angebrachte kleinere Kolbenstufen in einem gemeinsamen Ventilgehäuse zu integrieren, um besonders klein und durch die Identität der einzelnen Teile besonders kostengünstig bauen zu können.

Eine Präzisierung hierzu geben die Merkmalskombinationen nach Anspruch 2 und 3, wonach die mit dem größeren Durchmesser versehenen Schaltkolben voneinander abgewandt und vom Haupt­ zylinderdruck jeweils separat beaufschlagbar sind, während die vom Hilfsdruck beaufschlagten kleineren Stirnflächen der beiden Schaltkolben einander koaxial zugewandt sind. Hier­ durch sind die Auslegungsparameter gemäß dem Flächen- bzw. Druckverhältnis zur Erzielung der geforderten Mindestabbrem­ sung bei Verstärkerausfall festgelegt.

Die konkrete Ausgestaltung des Erfindungsgedankens gemäß den Ansprüchen 4 bis 6 sieht vor, die Schaltkolben im Bereich der großen Kolbenstufen mit Sacklöchern zu versehen, in denen die Ventilschließglieder die Verbindung zwischen dem Hauptzylin­ der und den zugehörigen Bremskreisen steuern, wobei einer­ seits in Abhängigkeit eines an einem ventilgehäuseseitigen Anschlag anlegbaren Ventilstößels und andererseits in Abhän­ gigkeit einer auf das Ventilschließglied einwirkenden Druck­ feder die Ventilschaltstellung bestimmt wird. Durch diese Ventilkonstruktion ergibt sich eine platzsparende sowie funktionsgerechte Integration innerhalb der beiden Schaltkol­ ben.

Vorteilhaft ist dabei, daß unter der Beachtung der Merkmale des Patentanspruches 7, ein den Ventilstößel aufnehmendes so­ wie im Schaltkolben befestigtes Führungsteil mit seiner dem Sackloch zugewandten Stirnfläche den Ventilsitz zur Aufnahme des Ventilschließgliedes bildet.

Zur Grundpositionierung der beiden Schaltkolben und damit auch zur Festsetzung des Ventilhubes am Ventilschließglied wird gemäß den Merkmalen der Ansprüche 8 und 9 vorgeschlagen, zwei Druckfedern in einer gemeinsamen hilfsdruckbeaufschlag­ ten Kammer anzuordnen, die auf die kleineren Stirnflächen der beiden Schaltkolben einwirken, während an den größeren Stirn­ flächen der beiden Schaltkolben jeweils ein am Ventilgehäuse anlegbares Elastomer befestigt ist.

Die Abdichtung der hilfsdruckbeaufschlagten Kammer gegenüber den durch die Schaltkolben gesteuerten, hydraulischen Rad­ brems- und Hauptzylinderanschlüsse erfolgt gemäß dem Anspruch 10 mittels radialer Dichtelemente im Bereich der Kolbenstufen.

Die Erfindung wird nachstehend an einem in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt die Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Schaltventils, wobei die für die Funktion des Schaltventils maßgeblichen Bauteile im Längsschnitt abgebildet sind. Das Ventilgehäuse 1 setzt sich aus drei Teilgehäusen zusammen, wobei in der Vereinigung aller Teilgehäuse die inneren Um­ fangsflächen als zylinderförmige Gleitflächen zur Abdichtung und Führung der beiden Schaltkolben 2 ausgebildet sind. Das mittlere Teilgehäuse ist zu beiden Seiten mit einem Bund ver­ sehen, auf den jeweils das rechte bzw. das linke verschluß­ deckelförmige Teilgehäuse mit Schrauben angeflanscht wird.

Im nachfolgenden soll aufgrund der Identität des linken und rechten Schaltkolbenbereichs lediglich die konstruktive Aus­ führungsform des Erfindungsgegenstandes am in der Abbildung rechts dargestellten Längsschnitt näher erläutert werden. Der Innenraum des Ventilgehäuses 1 ist im wesentlichen rohrförmig ausgeführt und an die Kolbenstufe des Schaltkolbens 2 im Durchmesser angepaßt. Hierdurch ergibt sich durch die Kolben­ stufe 17 und dessen Fortsatz 18 ein begrenzter Ringraum 19, der über den angedeuteten Druckmittelanschluß eine Verbindung zu den Radbremsen 7 eines Bremskreises aufweist. Ferner schließt sich an den kleineren Durchmesser des Schaltkolbens 2 eine vom Hilfsdruck beaufschlagte Hilfskammer 16 an, die sich in Richtung beider Schaltkolben 2 erstreckt. Eine bund­ förmige, in die Kammer 16 vorstehende Abstützung 20 nimmt zu beiden Seiten in axialer Richtung jeweils eine Druckfeder 14 auf, die jeweils an den kleinen Kolbendurchmesser des ersten bzw. zweiten Schaltkolbens 2 anliegt. Die Anordnung der Ab­ stützung 20 entspricht in vertikaler Richtung gleichzeitig der Symmetrieebene des Umschaltventils.

In der gezeigten Ausführungsform ist der kleine Durchmesser des Schaltkolbens 2 als hülsenförmiger Fortsatz 18 ausgebil­ det, um die zwischen der Abstützung 20 und dem Schaltkolben 2 wirksame Druckfeder 14 zu führen. Im Übergangsbereich des Schaltkolbens 2 in Richtung der vergrößerten Kolbenstufe 17 befindet sich in konzentrischer Lage ein Sackloch 4, das über einen radial einmündenden Kanal 21 eine Verbindung mit dem an einen Radbremskreis angschlossenen Ringraum 19 aufweist. In diesem Sackloch 4 wird von einem im Schaltkolben 2 verstemm­ ten Führungsteil 11 ein am Ventilschließglied 5 befestigter Ventilstößel 8 aufgenommen. Der aus der Öffnung des Führungs­ teils 11 hervorstehende Ventilstößel 8 korrespondiert mit ei­ ner in das Ventilgehäuse 1 eingesetzten Anschlagscheibe 9, die mit den über ihren Umfang verteilten Durchtrittsöffnungen eine hydraulische Verbindung zu einem Bremskreis des Haupt­ zylinders 6 aufweist. Das am entgegengesetzten Ende des Ven­ tilstößels 8 angeformte Ventilschließglied 5 korrespondiert mit seiner am Führungsteil 11 als Ventilsitz 12 wirksamen Stirnfläche, um den Druckmittelzulauf zum Ringraum 19 zu steuern.

Funktionsweise

Die Fig. 1 zeigt den Erfindungsgegenstand in der Bremslöse­ stellung. Die Druckfeder 14 positioniert den Schaltkolben 2 über ein als Anschlagteil wirksames Elastomer 15 an der Stirnfläche des Ventilgehäuses 1. Gleichzeitig bestimmt das Elastomer 15 den noch zur Verfügung stehenden Hub h1 des Schaltkolbens 2 bis zur metallischen Kontaktierung der einan­ der gegenüberliegenden Gehäuse- und Schaltkolbenstirnflächen. Der Ventilstößel 8 stützt sich an der Anschlagscheibe 9 ab und stellt somit den Hub h2 des Ventilschließgliedes 5 gegen­ über dem Ventilsitz 12 ein. Diese Ventilstellung ermöglicht die hydraulische Verbindung des Hauptzylinders 6 mit dem Rad­ bremskreis und erfüllt somit ein wesentliches Kriterium zur Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils für schlupfgeregelte Bremsanlagen.

In der Teil- und Vollbremsstellung gelangt der Hilfsdruck des Verstärkers 3 in den Ringraum 19 und beaufschlagt die Stirn­ flächen A3 der an den Schaltkolben 2 hülsenförmig angeformten Fortsätze 18. Folglich verschiebt sich der Schaltkolben 2 um den Hub h1 des Elastomers 15 bis hin zur metallischen Berüh­ rung der Anschlagscheibe 9. Damit vergrößert sich der Hub h2 des Ventilschließgliedes 5 um den Hub h1 des Elastomers 15, so daß der Arbeitshub um die Summe der Einzelhübe vergrößert ist. Das hierbei aus der Flächendifferenz A1 minus A2 und dem Hub h1 des Elastomers 15 gebildete Druckmittelvolumen ent­ spricht dem aus der vom Hilfsdruck beaufschlagten Stirnfläche A3 und dem Hub (h1) des Elastomers 15 gebildeten Druckmittel­ volumen, das auf den Hauptzylinder zurückwirkt und eine Leer­ wegverkürzung bei einem mit Zentralventilen augestatteten Hauptzylinder gewährleistet. Der bei jeder Bremsbetätigung zu überbrückende Hub h1 des Elastomers 15 verhindert das Fest­ kleben der Dichtelemente, so daß die Betriebsfunktion über nahezu die gesamte Einsatzphase uneingeschränkt erhalten bleibt. Der nachströmende statische Druck aus dem Hauptzylin­ der 6 gelangt über das offene Ventilschließglied 5 und über den radial in das Sackloch 4 einmündenden Kanal 21 zum Ring­ raum 19, wobei infolge des geringeren statischen Drucks ge­ genüber dem Hilfsdruck und der Größengleichheit der Diffe­ renzfläche A1 minus A2 zur am Fortsatz 18 wirksamen Stirn­ fläche A3 der Schaltkolben 2 bei geöffnetem Ventilschließ­ glied 5 an der Anschlagscheibe 9 verharrt.

Bei Verstärkerausfall wirkt der statische Druck des Hauptzy­ linders 6 auf die in der Abbildung rechts dargestellte Stirn­ fläche des Schaltkolbens 2, die vom Betrage her der Größe der Stirnfläche A3 entspricht und verschiebt den Schaltkolben 2 gegen die Druckfeder 14 um den Hub h2. Das Ventilschließglied 5 wird geschlossen, so daß die Verbindung zum Ringraum 19 un­ terbrochen ist. Bei einem weiteren, vom Fußkraft proportiona­ len Druck bestimmten Hub wird der Druck am Ausgang des Ring­ raumes 19 gegenüber dem hauptzylinderseitig eingesteuerten Druck um das Flächenverhältnis A1 zu A2, d. h. im Größenver­ hältnis der Ringfläche A2 zur Stirnfläche A1 erhöht.

Diese für lediglich eine in der Abbildung rechts im Längs­ schnitt gezeigte Funktionsweise des Schaltkolbens 2 gilt ana­ log für den zweiten Schaltkolben.

Bezugszeichenliste

 1 Ventilgehäuse
 2 Schaltkolben
 3 hydraulische Verstärker
 4 Sackloch
 5 Ventilschließglied
 6 Hauptzylinder
 7 Radbremse
 8 Ventilstößel
 9 Anschlagscheibe
10 Druckfeder
11 Führungsteil
12 Ventilsitz
13 Abstützung
14 Druckfeder
15 Elastomer
16 Kammer
17 Kolbenstufe
18 Fortsatz
19 Ringraum
20 Abstützung
21 Kanal
h1 Hub des Elastomers
h2 Hub des Ventilschließgliedes
A1 große Kolbenstirnfläche
A2 Ringfläche
A3 Stirnfläche des Fortsatzes

Claims (10)

1. Umschaltventil zur Steuerung des Radbremsdruckes in Ab­ hängigkeit des an einem Bremsgerät einer hydraulischen Bremsanlage anstehenden hydraulischen Verstärkerdrucks, mit mindestens einem in einem Ventilgehäuse geführten Schaltkolben, der einerseits vom Hilfsdruck eines hydrau­ lischen Verstärkers und andererseits vom Hauptzylinder­ druck des Bremsgerätes beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei baulich im Ventil­ gehäuse (1) integrierte, als Stufenkolben ausgebildete Schaltkolben (2) spiegelsymmetrisch einander gegenüber­ liegen, wobei die mit dem jeweils kleineren Durchmesser versehenen Kolbenstufen der beiden Schaltkolben (2) an den zugeordneten Stirnflächen (A3) vom Hilfsdruck des hy­ draulischen Verstärkers (3) beaufschlagbar sind.

2. Umschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem größeren Durchmesser versehenen Stirnflächen (A1) der beiden Schaltkolben (2) voneinander abgewandt und vom Hauptzy­ linderdruck beaufschlagbar sind.

3. Umschaltventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Hilfsdruck be­ aufschlagten kleinen Stirnflächen (A3) der beiden Schalt­ kolben (2) einander koaxial zugewandt sind.

4. Umschaltventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltkolben (2) im Bereich ihrer größeren Kolben­ stufen jeweils ein Sackloch (4) aufweisen, in dem jeweils ein Ventilschließglied (5) eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hauptzylinder (6) und den Radbremsen (7) ei­ nes jeweils zugehörigen Bremskreises zu steuern vermag.

5. Umschaltventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein am Ventil­ schließglied (5) angeformter Ventilstößel (8) an jeweils eine ventilgehäuseseitig befestigte Anschlagscheibe (9) anlegbar ist, um das Ventilschließglied (5) zu betätigen.

6. Umschaltventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je­ weils eine zwischen dem Sackloch (4) und dem Ventil­ schließglied (5) eingespannte Druckfeder (10) die hydrau­ lische Verbindung zwischen dem Hauptzylinder (6) und den jeweils zugehörigen Radbremsen (7) zu sperren vermag.

7. Umschaltventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Ventilstößel (8) aufnehmendes und im Schalt­ kolben (2) befestigtes Führungsteil (11) mit einer dem Sackloch (4) zugewandten Stirnfläche den Ventilsitz (12) zur Aufnahme des Ventilschließgliedes (5) bildet.

8. Umschaltventil nach einem oder mehreren der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den kleineren Stirnflächen (A3) der beiden Schaltkolben (2) und einer ventilgehäuseseitigen Abstüt­ zung (13) jeweils eine Druckfeder (14) zur Grundpositio­ nierung der Schaltkolben (2) anlegbar ist.

9. Umschaltventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den großen Stirnflächen (A1) der beiden Schaltkolben (2) jeweils ein am Ventilgehäuse (1) anlegbares Elastomer (15) befestigt ist.

10. Umschaltventil nach einem oder mehreren der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltkolben (2) in einer gemeinsamen vom Hilfsdruck beaufschlagbaren Kammer (16) entgegengesetzt verschiebbar sowie radial abgedichtet geführt sind.