DE4339694A1 - Elektromagnetisch betätigtes Ventil, insbesondere für schlupfgeregelte hydraulische Bremsanlagen in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigten Ventil, insbesondere für schlupfgeregelte hydraulische Bremsanlagen in Kraftfahrzeugen, nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Ein solches Ventil ist durch DE 39 34 771 C1, Fig. 3 bekannt. Es weist einen im Ventildom angeordneten, einen Anschlag für den Magnetanker bildenden Steuerkolben auf, der auf einem vom Ventilkörper ausgehenden, den Magnetanker durchdringenden Zapfen längsverschiebbar geführt ist. Der Steuerkolben begrenzt mit seinem ankerabgewandten Boden eine Steuerkammer, welche durch einen den Zapfen und den Steuerkolben gleichachsig durchdringenden Druckmittelkanal mit dem Druckmitteleinlaß des bekannten Ventils in Verbindung steht. Während der Magnetanker an beiden Stirnseiten druckausgeglichen ist, vermag in die Steuerkammer eingesteuerter Druck den Steuerkolben gegen einen Anschlag axial zu verschieben. Hierdurch verringert sich der Hub des Magnetankers um ein vorbestimmtes Maß, was eine Drosselung des Durchflußquerschnitts zur Folge hat.

Diese Wirkungsweise des bekannten Ventils ist nutzbar in schlupfgeregelten hydraulischen Bremsanlagen, bei denen der Druckmitteleinlaß mit dem Hauptbremszylinder und der Druckmittelauslaß mit einem Radbremszylinder in Verbindung stehen. Wird z. B. bei einer Bremsschlupfregelung das Ventil durch Erregen der Magnetspule in seine Schließstellung geschaltet und beim Vermindern des Druckes im Radbremszylinder ein Druckgefälle ausreichender Höhe zwischen dem Druckmitteleinlaß und dem Druckmittelauslaß erzeugt, so bewirkt dies das vorstehend beschriebene Verschieben des Steuerkolbens mit der Folge, daß beim Öffnen des Ventils die erwähnte Drosselung des Durchflußquerschnitts wirksam wird, solange der Druckunterschied zwischen Einlaß und Auslaß besteht. Die Minderung des Durchflußquerschnitts wirkt sich wegen des verringerten Druckgradienten beim auf einen Druckabbau folgenden Druckaufbau einer Bremsschlupfregelung günstig auf die Regelgüte und das Geräuschverhalten der Bremsanlage aus. Bei einer normalen Bremsung ohne Blockiergefahr steht dagegen der volle Durchflußquerschnitt des Ventils zur Verfügung, was eine angestrebte kurze Ansprechzeit der Bremsanlage bei Bremsbetätigung fördert.

Bei dem bekannten Ventil ist jedoch die Festeinstellung des gedrosselten Durchflußquerschnitts nachteilig, weil hierdurch die Durchflußmenge differenzdruckabhängigen Schwankungen unterworfen ist. Außerdem ist die Durchflußmenge ganz wesentlich von dem Absolutmaß des Durchflußquerschnitts abhängig, d. h. der Anschlag bedarf einer sehr engen Tolerierung. Ferner ist das Ventil aufgrund des benötigten Steuerkolbens relativ kostenaufwendig.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich der Durchflußquerschnitt des Sitzventils beim Übergang von der Schließstellung in die Offenstellung in Abhängigkeit von am Magnetanker und am Ventilstößel mit Schließglied wirkenden Kräften, jedoch ohne Magnetkraft, sowie bei ausreichend großem Druckgefälle zwischen Einlaß- und Auslaßseite des Ventils selbsttätig auf eine gegenüber der vollen Ventilöffnung kleinere Öffnung mit der Folge einer geringeren, weitgehend konstanten Durchflußmenge einstellt. Diese stromregelnde Wirkung wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß die bei Teilöffnung des Sitzventils aus dem Ventilsitz austretenden Druckmittelstrahlen einen anderen Verlaufnehmen als bei voll geöffnetem oder weitgehend geöffnetem Ventil. Bei teilgeöffnetem Ventil sind die Druckmittelstrahlen in die Ventilteilkammer gerichtet, wo sie einen Staudruck erzeugen, während bei geöffnetem Ventil die Druckmittelstrahlen auf die Abflachung des Schließgliedes treffen und eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft hervorrufen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Ventils möglich.

Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des Sitzventils mit den im Anspruch 2 angegebenen Merkmalen, weil diese besonders einfach erzeugbare Formen von Ventilsitz und Schließglied kennzeichnen.

Mit der im Anspruch 3 angegebenen Maßnahme werden in wirkungsvoller Weise die Druckmittelstrahlen bei Teilöffnung des Sitzventils in der Ventilteilkammer geführt sowie der von den Strahlen erzeugte Staudruck durch den drosselnden, zur Ventilkammer führenden Spalt verstärkt.

Außerdem ist die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 von Vorteil, weil hierdurch auf einfache Weise eine druckmäßige Trennung der beiden Ankerstirnseiten für die Erzeugung einer Kraftwirkung auf den Magnetanker geschaffen ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein elektromagnetisch betätigtes Ventil, Fig. 2 eine in Fig. 1 mit X gekennzeichnete Einzelheit eines Sitzventils in Teilöffnung und Fig. 3 das Sitzventil in Vollöffnung in gegenüber Fig. 1 abweichendem Maßstab.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 10 weist ein zur Aufnahme in einem nicht dargestellten Ventilblock bestimmtes Ventilgehäuse 11 auf, welches mit einer Jochscheibe 12 fest verbunden ist (Fig. 1). Das Ventilgehäuse 11 ist über die Jochscheibe 12 hinaus mit einem Polkern 13 fortgesetzt. Auf den Polkern 13 ist ein rohrförmiger Ventildom 14 aufgesteckt. Er ist durch Schweißung mit dem Polkern 13 dicht verbunden. Polkernabgewandt besitzt der Ventildom 14 einen halbkugelförmigen Abschluß.

Der Ventildom 14 ist von einer ringförmigen Magnetspule 17 umgriffen. Ein glockenförmiges Gehäuse 18 umschließt die Magnetspule 17. Das Gehäuse 18 greift einerseits am Ventildom 14 an, andererseits ist es mit der Jochscheibe 12 verbunden.

Im spulenseitig geschlossenen Ventildom 14 ist ein im wesentlichen kreiszylindrischer Magnetanker 21 längsbewegbar aufgenommen. Vom Magnetanker 21 geht ein mit diesem fest verbundener Ventilstößel 22 aus. Der Ventilstößel 22 ist in einer Längsbohrung 23 des Ventilgehäuses mit Spiel angeordnet. An seinem ankerabgewandten Ende trägt der Ventilstößel 22 ein im wesentlichen kugelförmig ausgebildetes Schließglied 24. Das im Ausführungsbeispiel als Vollkugel ausgestaltete Schließglied 24 ist mit dem Ventilstößel 22 stoffschlüssig verbunden. Auf seiner vom Magnetanker 21 abgewandten Seite weist es eine kreisförmige Abflachung 25 auf, welche in einer rechtwinklig zur Stößellängsachse verlaufenden Ebene liegt. Abweichend vom Ausführungsbeispiel kann das Schließglied 24 ankerabgewandt auch die Gestalt eines geraden Kreiskegelstumpfs besitzen.

In den ankerabgewandten Abschnitt der Längsbohrung 23 ist ein hülsenförmiger Ventilkörper 27 mit einer Stufenbohrung 28 eingepreßt, welche mit einer durchmesserkleinen Längsbohrung 29 in einen Ventilsitz 30 mündet. Der Ventilsitz 30 ist als kegelförmige Ansenkung mit einem Kegelwinkel von vorzugsweise 900 ausgebildet; er weist somit die Mantelform eines hohlen geraden Kreiskegelstumpfs auf. Der Durchmesser der Abflachung 25 am Schließglied 24 entspricht etwa dem Durchmesser der Längsbohrung 29. Das Schließglied 24 und der Ventilsitz 30 bilden ein Sitzventil 31 des elektromagnetisch betätigten Ventils 10. Bei nicht erregter Magnetspule 17 nimmt das Sitzventil 31 aufgrund der Wirkung einer einerseits am Ventilstößel 22 und andererseits am Ventilkörper 27 angreifenden, vorgespannten Rückstellfeder 32 seine Offenstellung als Ruhestellung ein.

Das Ventilgehäuse 11 ist mit einer rechtwinklig die Längsbohrung 23 kreuzenden Querbohrung 34 versehen. Im Durchdringungsbereich beider Bohrungen 23 und 34 ist eine das Sitzventil 31 aufnehmende Ventilkammer 35 geschaffen. Die Ventilkammer 35 steht einerseits über den Ventilsitz 30 und die Längsbohrung 29 sowie die Stufenbohrung 28 mit einem Druckmitteleinlaß in Verbindung; andererseits ist ein von der Querbohrung 34 gebildeter Druckmittelauslaß an die Ventilkammer 35 angeschlossen.

In der Ventilkammer 35 befinden sich außer dem Sitzventil 31 und der Rückstellfeder 32 auch ein Leitkörper 38 für Druckmittel. Der Leitkörper 38 ist hülsenförmig ausgebildet und gleichachsig zum Ventilstößel 22 verlaufend an diesem befestigt. Der Leitkörper 38 umgreift das Schließglied 24 des Sitzventils 31 unter Bildung eines relativ breiten Radialspaltes 39 und erstreckt sich unter Bildung eines Axialspaltes 40 bis nahe an den Ventilkörper 27, wie dies deutlich aus Fig. 2 ersichtlich ist. Der Axialspalt 40 besitzt in der Ruhestellung des Ventils 10 ein gegenüber dem Ventilhub größeres Maß, d. h. in der die Arbeitsstellung des Ventils 10 bildenden Schließstellung des Sitzventils 31, in welcher das Schließglied 24 am Ventilsitz 30 angreift, ist der Axialspalt 40 auf ein Mindestmaß verkleinert.

Der Leitkörper 38 trennt von der Ventilkammer 35 eine als Stauraum für Druckmittel wirkende Teilkammer 43 ab. Diese Ventilteilkammer 43 steht durch einen ventilsitzabgewandt gelegenen Querschlitz 44 des Ventilstößels 22 mit einem als durchgehende Längsbohrung im Ventilstößel und im Magnetanker 21 ausgebildeten, ersten Druckmittelkanal 45 in Verbindung. Der erste Druckmittelkanal 45 führt zu einer Steuerkammer 46, die zwischen der schließgliedfernen Stirnseite 47 des Magnetankers 21 und dem halbkugelförmigen Abschluß des Ventildomes 14 gelegen ist. Außerhalb des Leitkörpers 38 geht außerdem von der Ventilkammer 35 ein von einer Abflachung des ansonsten kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Ventilstößels 22 gebildeter zweiter Druckmittelkanal 48 aus. Dieser endet an der schließgliednahen Stirnseite 49 des Magnetankers 21, welche unter Spaltbildung dem Polkern 13 gegenüberliegt.

Umfangsseitig, d. h. zwischen den beiden Stirnseiten 47 und 49 ist der Magnetanker 21 gegen den Ventildom 14 abgedichtet. Diese Abdichtung kann mittels einer Spalt- oder Labyrinthdichtung erfolgen; sie kann aber auch in der Anordnung eines Dichtringes 52 oder Gleitringes am Magnetanker 21 bestehen, wie dies in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist.

Das Ventil 10 ist insbesondere für die Verwendung in schlupfgeregelten hydraulischen Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen bestimmt. Es ist in Übereinstimmung mit der in Fig. 1 der eingangs erwähnten DE-39 34 771 C1 dargestellten Bremsanlage als Einlaßventil in einer Bremsleitung zwischen einem Hauptbremszylinder und einem Radbremszylinder anzuordnen. Der von der Stufenbohrung 28 gebildete Druckmitteleinlaß steht dann mit dem Hauptbremszylinder, die Querbohrung 34 als Druckmittelauslaß mit dem Radbremszylinder in Verbindung. Das Ventil 10 ist von einer Rückführleitung umgehbar, welche auf der Seite des Radbremszylinders von der Bremsleitung ausgeht und auf der Seite des Hauptbremszylinders wieder in die Bremsleitung einmündet. In der Rückführleitung befinden sich als wesentliche Elemente ein Auslaßventil und in Strömungsrichtung auf dieses folgend eine Rückförderpumpe. Zweckmäßigerweise ist parallel zum Ventil 10 zur Überbrückung des Sitzventils 31 ein Rückschlagventil 54 zwischen Druckmittelauslaß und Druckmitteleinlaß angeordnet, das bei Druckentlastung des Hauptbremszylinders eine ungedrosselte Rückströmung vom Radbremszylinder zum Hauptbremszylinder ermöglicht.

Die Funktion des Ventils 10 wird nachfolgend anhand der erwähnten Bremsanlage erläutert:

Bei einer vom Fahrer des Fahrzeugs ausgelösten Bremsung ohne Blockiergefahr nimmt das Ventil 10 seine in den Fig. 1 und 3 gezeichnete Ruhestellung ein, d. h. das Sitzventil 31 ist geöffnet. Der durch Betätigen des Hauptbremszylinders erzeugte Druck bewirkt durch Verschieben von Druckmittelteilmengen in der Bremsleitung einen Druckanstieg im Radbremszylinder. Wie-anhand von Fig. 3 erläutert und mittels Pfeilen verdeutlicht wird, durchströmt das verschobene Druckmittel von der Stufenbohrung 28 und der Längsbohrung 29 im Ventilkörper 27 kommend den Ventilsitz 30, ohne in diesem eine wesentliche Ablenkung zu erfahren und trifft auf die Abflachung 25 des Schließgliedes 24. Dabei übt das Druckmittel eine in Öffnungsrichtung des Sitzventils 31 wirkende Kraft auf das Schließglied 24 aus. An der Abflachung 25 wird das Druckmittel etwa quer zur Achse von Längsbohrung 29, Stößel 22 und Anker 21 abgelenkt, so daß es in Richtung auf die Querbohrung 34 strömt. Dabei treffen die Druckmittelstrahlen nicht auf den Leitkörper 38, sondern treten durch den Axialspalt 40 in die Ventilkammer 35. Bei vom Hauptbremszylinder her erfolgender Druckentlastung nimmt das Druckmittel seinen Weg in umgekehrter Strömungsrichtung durch den Axialspalt 40 und das geöffnete Sitzventil 31 in Richtung auf den Hauptbremszylinder sowie durch das parallel zum Ventil 10 angeordnete Rückschlagventil 54.

Bei einer Bremsung mit Blockiergefahr wird das Ventil 10 durch Erregen der Magnetspule 17 in die Arbeitsstellung geschaltet, in welcher durch Verschieben des Magnetankers 21 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 32 das Sitzventil 31 in seine Schließstellung überführt ist. Gleichzeitig werden das Auslaßventil in der Rückführleitung (siehe Fig. 1 in DE 39 34 771 C1) in die Durchlaßstellung geschaltet und die Rückförderpumpe in Betrieb gesetzt. Durch Entnahme von Druckmittelteilmengen aus dem Radbremszylinder und Rückförderung zum Hauptbremszylinder wird rabremsseitig Druck abgebaut und die Blockiergefahr gemindert. In der auf einen Druckabbau folgenden Phase für Druckhalten im Radbremszylinder verbleibt das Ventil 10 in der Arbeitsstellung, während das Auslaßventil in der Rückführleitung in die Schließstellung geschaltet wird.

Für den Druckaufbau im Radbremszylinder verbleibt das Auslaßventil in der Schließstellung, während das Ventil 10 nicht mehr erregt wird. Dies bewirkt ein Verschieben des Magnetankers 21 aufgrund der Wirkung hydraulischer Kräfte und der Rückstellfeder 32 in Richtung auf die Steuerkammer 46, so daß das Schließglied 24 den Ventilsitz 30 freizugeben beginnt und das Sitzventil 31 geöffnet wird (Fig. 2). Aufgrund des Druckabbaus im Radbremszylinder herrscht ein Druckgefälle zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite des Sitzventils 31. Der auslaßseitige, niedrigere Druck ist auch durch den zweiten Druckmittelkanal 48 an der schließgliednahen Stirnseite 49 des Magnetankers 21 wirksam. Während der Öffnungsbewegung des Magnetankers 21 wird zusätzlich ein vom hauptbremszylinderseitig nachströmenden Druckmittel erzeugter Staudruck in der Ventilteilkammer 43 durch den ersten Druckmittelkanal 45 in der Steuerkammer 46 wirksam. Der Staudruck wird dadurch erzeugt, daß durch Pfeile in Fig. 2 angedeutete Druckmittelstrahlen in Verlängerung des sich öffnenden Spaltes zwischen dem Ventilsitz 30 und der diesem zugeordneten Kugelschicht des Schließgliedes 24 im Bereich des Radialspaltes 39 zwischen dem Leitkörper 38 und dem Schließglied 24 in die Ventilteilkammer 43 eintreten und diese nur unter Änderung ihrer Strömungsrichtung und Überwindung des drosselnden Axialspalts 40 in die Ventilkammer 35 verlassen können.

Die umfangsseitige Abdichtung des Magnetankers 21 verhindert einen Druckausgleich zwischen den beiden Stirnseiten 47 und 49 des Magnetankers. Der nicht druckausgeglichene Magnetanker 21 unterliegt daher einer der Rückstellfeder 32 entgegengerichteten Kraft, die den Magnetanker 21 mit seinem Ventilstößel 22 und Schließglied 24 eine Stellung zwischen der Schließstellung und der Offenstellung des Sitzventils 31 einnehmen läßt. Die hierdurch hervorgerufene Minderung des Durchschlußquerschnitts des teilgeöffneten Sitzventils 31 bewirkt eine Drosselung des Druckmittelstroms mit verlangsamtem Druckanstieg im Radbremszylinder. Bei ausreichendem Druckgefälle regelt das Ventil 10 den Volumenstrom auf ein weitgehend konstantes Maß, weil ein höherer Differenzdruck einen größeren Staudruck mit daraus resultierender Minderung des Durchflußquerschnitts am Sitzventil 31 und umgekehrt bewirkt.

Mit dem Abklingen des Druckgefälles verringert sich auch der Staudruck in der Ventilteilkammer 43. Die Rückstellfeder 32 führt den Magnetanker 21 in seine Ruhestellung zurück. Das Ventil 10 gibt nun seinen vollen Durchflußquerschnitt im Sitzventil 31 für die folgende normale Bremsung frei. Wird jedoch bei gemindertem Durchflußquerschnitt des Sitzventils 31 die Bremsung durch Entlasten des Hauptbremszylinders abgebrochen, so kann das Druckmittel auch unverzögert aus dem Radbremszylinder durch das Rückschlagventil 54 abströmen.

Claims (4)

1. Elektromagnetisch betätigtes Ventil (10), insbesondere für schlupfgeregelte hydraulische Bremsanlagen in Kraftfahrzeugen, mit folgenden Merkmalen:

• - in einem geschlossenen, rohrförmigen Ventildom (14) ist ein kreiszylindrischer Magnetanker (21) längsbewegbar aufgenommen,
• - der Ventildom (14) ist von einer Magnetspule (17) umgriffen,
• - vom Magnetanker (21) geht ein Ventilstößel (22) mit einem ankerabgewandt angeordneten Schließglied (24) aus,
• - in einem Gehäuse (11) des Ventils (10) ist ein Ventilkörper (27) mit einem Ventilsitz (30) und einer in diesen mündenden Längsbohrung (29) als Druckmitteleinlaß befestigt,
• - bei nicht erregter Magnetspule (17) ist das Schließglied (24) aufgrund der Wirkung einer Rückstellfeder (32) vom Ventilsitz (30) abgehoben,
• - das Schließglied (24) und der den Ventilsitz (30) aufweisende Teil des Ventilkörpers (27) befinden sich, ein Sitzventil (31) bildend, in einer Ventilkammer (35), welche mit einem Druckmittelauslaß des Ventils (10) in Verbindung steht,
• - die Ventilkammer (35) weist eine als Stauraum wirkende Ventiltilkammer (43) auf, von der ein erster Druckmittelkanal (45) zu einer Steuerkammer (46) ausgeht, die zwischen der schließgliedfernen Stirnseite (47) des Magnetankers (21) und dem Ventildom (14) gelegen ist,
• - von der Ventilkammer (35) geht ein zweiter, zur schließgliednahen Stirnseite (49) des Magnetankers (21) führender Druckmittelkanal (48) aus,
• - ein in der Ventilteilkammer (43) erzeugter Druck vermag in der Steuerkammer (46) eine entgegen der Kraft der Rückstellfeder (32) wirkende Kraft hervorzurufen, aufgrund der der Magnetanker (21) eine von seiner Ruhestellung abweichende, teilgeschlossene Stellung einnimmt, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:
• - der Ventilsitz (30) ist mit einer sich im Querschnitt gegen die Ventilteilkammer (43) öffnenden Kontur ausgebildet,
• - das Schließglied (24) ist im Querschnitt der Kontur des Ventilsitzes (30) wenigstens annähernd angeglichen und weist eine gegen die Längsbohrung (29) des Ventilkörpers (27) gerichtete Abflachung (25) auf.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (30) als hohler gerader Kreiskegelstumpf ausgebildet ist, während das Schließglied (24) ventilsitzseitig die Form einer Kugelschicht aufweist, deren der Längsbohrung (29) des Ventilkörpers (27) zugewandte Kreisfläche (Abflachung 25) rechtwinklig zur Bohrungsachse verläuft und einen wenigstens annähernd dem Bohrungsdurchmesser entsprechenden Durchmesser hat.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilteilkammer (43) umfangsseitig von einem gleichachsig am Ventilstößel (22) angeordneten hülsenförmigen Leitkörper (38) umgeben ist, der in der teilgeschlossenen Stellung des Sitzventils (31), das Schließglied (24) mit Abstand umgreifend, mit geringem Spalt (40) an den Ventilkörper (27) angrenzt.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (21) umfangsseitig gegen den Ventildom (14) abgedichtet ist.