DE4419107C1 - Über einen Elektromagneten steuerbares hydraulisches Wegeventil mit Vorsteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein über einen Elektromagneten steuerbares hydraulisches Wegeventil mit Vorsteuerung, insbe­ sondere für ABS-Anlagen an Kraftfahrzeugen, mit einem Gehäuse, an dem ein Eingangsanschluß und ein Ausgangsanschluß vorgesehen sind und in dem ein Durchlaßventil aus einem Schieber und einem Gehäuserand gebildet ist, wobei der Elektromagnet einen Kern mit einer Ventilnadel aufweist, die mit einem am Schieber vorge­ sehenen Ventilsitz ein Vorsteuerventil bildet.

In gewissen Bauarten von ABS-Anlagen an Kraftfahrzeugen wird ein pneumatisch/hydraulischer Vorspann­ zylinder eingesetzt, um letztlich hydraulisch Bremsdruck zu erzeugen und die Radbremszylinder damit zu beaufschlagen. Bei ABS-Anlagen ergibt sich die Forderung, insbesondere zu Beginn einer Bremsung den Bremsdruck schnell aufzubauen und im Verlaufe der Bremsung den Bremsdruck konstant zu halten, kurzfristig definiert abzubauen und gesteuert wieder anzuheben.

Es ist ein über einen Elektromagneten steuerbares Hydraulik­ ventil der eingangs beschriebenen Art bekannt, z. B. aus dem Handbuch der Hydraulik der Firma Vickers, Ausgabe Dezember 1992, Seite 299 oder auch aus dem Prospekt 2/2-Wege-Magnetventil 7 W 20 der Firma Sta-Rite Industries GmbH Europa. Dabei ist der hydraulische Teil des Hydraulikventils mit einem Magnetventil baulich vereinigt, welches einen eine Ventilnadel tragenden Kern besitzt, der bei Erregung des Magnetventils ausfährt. In dem Gehäuse des Hydraulikventils ist ein Schieber unabgedichtet gleitend gelagert, der mit einem am Schieber vorgesehenen Ventilsitz ein Vorsteuerventil bildet. Dieses Vorsteuerventil ist zwischen dem Rückraum des Schiebers und dem Ausgangsanschluß des Hydraulikventils vorgesehen. Der Schieber ist ansonsten mit einer Ausgleichsbohrung versehen, die den Rückraum des Schiebers dauernd mit dem Eingangsanschluß verbin­ det. Die Ausgangslage des Schiebers ist undefiniert, d. h. es ist nicht sichergestellt, welcher Überströmquerschnitt in der Offenstellung anfänglich zur Verfügung steht. Da bei geschlossenem Vorsteuerventil der Rückraum des Schiebers nicht mit dem Ausgangsanschluß in Verbindung steht, können auf den beiden Seiten des Schiebers unterschiedliche Kräfte wirken, so daß der Schieber nicht kraftentlastet ist. Wenn dann am Eingangsanschluß ein Druckabfall stattfindet, öffnet das Durchlaßventil, gleichgültig, ob das Vorsteuerventil geöffnet oder geschlossen ist. Über die dabei beaufschlagte Wirkfläche des Schiebers wird eine erhebliche Kraft auch auf den Kern des Magnetventiles ausgeübt, die jedenfalls größer ist, als eine von dem Magneten aufgebrachte Kraft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Wegeventil der eingangs beschriebenen Art mit einem Durchlaß­ ventil bereitzustellen, welches in der Offenstellung des Durchlaßventiles einen großen Überströmquerschnitt bereitstellt und in der geschlossenen Stellung des Durchlaßventiles fein­ fühlig nachregelbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies bei dem hydraulischen Wegeventil der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß das zwischen Ventilnadel und Ventilsitz gebildete Vorsteuerventil in eine Leitung zwischen dem Eingangsanschluß und einem Rückraum des Schiebers eingeschaltet ist, daß der Rückraum mit dem Ausgangs­ anschluß über eine Leitung in dauernder Verbindung steht, und daß der Schieber als zumindest im wesentlichen druckentlasteter Kolben mit Dichtung ausgebildet ist.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, zunächst einmal den Schieber im wesentlichen druckentlastet auszubilden. Hierzu ist eine Dichtung einerseits und eine Leitung zur Verbindung des Rückraums mit dem Ausgangsanschluß andererseits erforderlich, um
auf beiden Seiten des Schiebers gleiche Kräfte zur Einwirkung zu bringen. Zwischen dem Rückraum und dem Ausgangsanschluß besteht damit eine ständige, gedrosselte Verbindung. Über eine weitere Leitung, die auch der Druckentlastung dient, wird der Eingangsanschluß mit dem Rückraum ungedrosselt verbunden. Damit ist auch eine vergleichsweise geringe Kraft über den Kern des Elektromagneten dazu in der Lage, das Durchlaßventil auch dann geschlossen zu halten, wenn am Eingangsanschluß ein Druckabfall stattfindet. Es kann damit vorteilhaft ein kleiner Magnet am Vorsteuerventil eingesetzt werden.

Das Vorsteuerventil selbst wird dabei in die Leitung vom Eingangsanschluß zu dem Rückraum des Schiebers eingeschaltet, um bei entsprechender Betätigung über den Elektromagneten feinfühlig den Druck am Ausgangsanschluß, beispielsweise stufenweise, erhöhen zu können, wie dies insbesondere bei einer ABS-Anlage gewünscht wird.

Der Schieber des hydraulischen Wegeventils kann in Öffnungsrichtung des Durchlaßventiles von einer Feder belastet sein. Damit wird sichergestellt, daß das Durchlaßventil anfänglich, d. h. bei einem beginnenden Druckanstieg am Eingangsanschluß, vollständig geöffnet ist und insoweit auch ein relativ großer Überströmquerschnitt zur Verfügung steht, wie er für einen schnellen Druckanstieg bei einer beginnenden Bremsung sinnvoll ist. Es werden so kurze Ansprechzeiten, insbesondere Schwellzeiten, erreicht.

Der Wirkdurchmesser der Dichtung kann mit dem Wirkdurchmesser des Gehäuserandes des Durchlaßventiles genau übereinstimmen. Damit wird eine vollkommene Druckentlastung erreicht, so daß die Feder einerseits bzw. die Kraft des Kerns des Elektromagneten andererseits nur die Reibung zu überwinden haben, die beim Verschieben des Schiebers aufgebracht werden muß. Es kann aber auch sinnvoll sein, geringfügige Abweichungen in den Durch­ messern zuzulassen, um der einen oder anderen Richtung eine Bevorzugung mitzugeben.

Die den Rückraum mit dem Ausgangsanschluß verbindende Leitung kann als den Schieber durchsetzende Bohrung vorgesehen sein. Dies ist konstruktiv besonders einfach. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine entsprechende Umgehungsleitung im Gehäuse des Hydraulikventils vorzusehen, die den Rückraum des Schiebers mit dem Ausgangsanschluß ständig verbindet.

Der die Ventilnadel tragende Kern des Elektromagneten schließt bei Erregung des Elektromagneten des hydraulischen Wegeventils direkt das Vorsteuerventil und durch Verfahren des Schiebers dann auch das Durchlaßventil. Dabei muß der Elektromagnet auf seinen Kern eine größere Kraft ausüben, als es der Kraft der den Schieber entgegengesetzt belastenden Feder entspricht. Da die Feder jedoch mit relativ geringer Kraft dimensioniert werden kann, stellt dies kein Problem für die Dimensionierung des Elektromagneten dar.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Bremsanlage für ein Nutzfahrzeug, in der das Hydraulikventil Anwendung findet und

Fig. 2 einen Schnitt durch das Hydraulikventil.

In Fig. 1 sind zwei Achsen 1, 2, beispielsweise die Vorder- und die Hinterachse, eines Nutzfahrzeuges angedeutet. Von einem Zweikreisbremsventil 3 führt im ersten Kreis eine pneumatische Leitung 4 zu einem Vorspannzylinder 5, der der Achse 1 zugeord­ net ist. Vom hydraulischen Teil 6 des Vorspannzylinders 5 führt eine Hydraulikleitung 7 zu zwei Hydraulikventilen 8, wobei das eine Hydraulikventil 8 dem Radbremszylinder 9 der rechten Seite des Fahrzeuges und der andere Hydraulikzylinder 8 den Radbrems­ zylindern 10 der linken Seite des Fahrzeuges der Vorderachse zugeordnet ist. Hierzu dienen Verbindungsleitungen 11.

Entsprechend ist die Bremsanlage für die zweite Achse 2, beispielsweise die Hinterachse, aufgebaut. Eine pneumatische Leitung 12 führt zu einem Vorspannzylinder 13, dessen hydrau­ lischer Teil 6 über eine Hydraulikleitung 7 mit den beiden Hydraulikventilen 8 der Achse 2 verbunden ist, wobei der Rad­ bremszylinder 9 der rechten Seite wiederum über die Verbindungs­ leitung 11 an das eine Hydraulikventil 8 angeschlossen ist, während von dem anderen Hydraulikventil 8 eine Verbindungs­ leitung 11 zu dem Radbremszylinder 10 der linken Fahrzeugseite führt. Wie ersichtlich, ist jedes Hydraulikventil 8 mit einem Elektromagneten 14 versehen. Von einer Steuerelektronik 15 führen elektrische Leitungen 16 zu den Elektromagneten 14 jedes Hydraulikventils 8. Radsensoren 17 sind über Leitungen 18 mit der Steuerelektronik 15 verbunden. Elektrische Leitungen 19 führen von der Steuerelektronik 15 zu den beiden Vorspann­ zylindern 5 und 13 bzw. zu den diesen Zylindern vorgeschalteten Magnetventilen.

In Fig. 2 ist ein einzelnes Hydraulikventil 8 aus der Brems­ anlage gemäß Fig. 1 dargestellt. In einem Gehäuse 20 ist ein Schieber 21 gleitend und mit Hilfe einer Dichtung 22 dichtend geführt. Der Schieber 21 ist auf einer Feder 23 gehäuseseitig abgestützt. Der Schieber 21 stellt gleichzeitig einen Ventil­ körper dar. Er bildet an einer Schrägfläche 24 mit einem eingezogenen Gehäuserand 25 ein Durchlaßventil 24, 25 zwischen einer Einlaßkammer 26 und einer Auslaßkammer 27. Die Einlaß­ kammer 26 steht mit einem Eingangsanschluß 28 dauernd in Verbindung, an welchem die Hydraulikleitung 7 angeschlossen ist. Die Auslaßkammer 27 steht mit einem Ausgangsanschluß 29 in dauernder Verbindung, an welchem die Verbindungsleitung 11 angeschlossen ist. Auf der Rückseite des Schiebers 21, dem Elektromagneten 14 zugekehrt, ist ein Rückraum 30 gebildet, der durch die Dichtung 22 abgedichtet wird.

Eine Leitung 31 führt von der Einlaßkammer 26 durch den Schieber 21 bis zum Rückraum 30. Die Leitung 31 endet hier in einem Ventilsitz 32, der mit einer Ventilnadel 33 an einem Kern 34 des Elektromagneten 14 zusammenarbeitet. Ventilsitz 32 und Ventil­ nadel 33 bilden ein Vorsteuerventil 32, 33. Der Kern 34 mit der Ventilnadel 33 fährt bei Erregung des Elektromagneten 14 in Richtung auf den Schieber 21 aus, so daß das Vorsteuerventil 32, 33 geschlossen wird. Wenn der Elektromagnet 14 nicht erregt ist, befindet sich der Kern 34 mit der Ventilnadel 33 in der darge­ stellten Stellung, so daß das Vorsteuerventil 32, 33 geöffnet ist. Der Schieber 21 wird durch die Kraft der Feder 23 an einen Anschlag 35 am Gehäuse 20 gedrückt und in dieser Lage fixiert. Schließlich führt durch den Schieber 21 eine Leitung 36, die den Rückraum 30 mit der Auslaßkammer 27 verbindet. Es versteht sich, daß die Leitung 36 auch durch das Gehäuse 20 geführt sein könnte. Es ist weiterhin ersichtlich, daß der Wirkdurchmesser des Durchlaßventils 24, 25 dem Durchmesser der Dichtung 22 entspricht, so daß der Schieber 21 immer druckentlastet ist. Der Schieber 21 besitzt in seinem mittleren Bereich keine Dichtung, so daß auch in geschlossenem Zustand des Durchlaßventils 24, 25 der in der Einlaßkammer 26 wirkende Druck keine resultierende Kraft an dem Schieber 21 erzeugt. Der Schieber 21 ist als druckentlasteter Kolben mit der Dichtung 22 ausgebildet.

Die Funktion des Hydraulikventils 8 innerhalb der Bremsanlage gemäß Fig. 1 ist folgende:
Das Hydraulikventil 8 befindet sich drucklos mit nicht-erregtem Elektromagneten 14 in der in Fig. 2 ersichtlichen Relativlage. Die Feder 23 hält den Schieber 21 am Anschlag 35 des Gehäuses 20. Sowohl das Vorsteuerventil 32, 33 als auch das Durchlaß­ ventil 24, 25 sind geöffnet. Wenn nun ein Bremsvorgang über das Zweikreisbremsventil 3 initiiert wird, wird Druck in der Hydraulikleitung 7 von dem Vorsteuerventil 5 bzw. 13 zum Hydraulikventil 8 geschickt. Dieser Druck pflanzt sich über das geöffnete Durchlaßventil 24, 25 in die Verbindungsleitung 11 zu dem betreffenden Radbremszylinder 9 bzw. 10 fort. Gleichzeitig gelangt dieser Druck auch über die Leitung 31 in dem Rückraum 30 zur Auswirkung. Da der Schieber 21 druckentlastet ist, wird er seine Stellung nicht verändern. In dem Radbremszylinder 9 bzw. 10 wird der entsprechende Bremsdruck aufgebaut. Wird dieser Bremsdruck höher, als es die Reibungsverhältnisse auf der Fahrbahn erlauben, dann droht ein Blockiervorgang des Rades, der von dem betreffenden Radsensor 17 detektiert und an die Steuer­ elektronik 15 weitergemeldet wird. Über die elektrische Leitung 16 wird der Elektromagnet 14 des betreffenden Hydraulikventils 8 erregt, so daß das Vorsteuerventil 32, 33 schließt. In einer fortgesetzten Ausfahrbewegung des Kerns 34 mit der Ventilnadel 33 wird der Schieber 21 entgegen der Kraft der schwach bemesse­ nen Feder 23 so verschoben, daß auch das Durchlaßventil 24, 25 schließt. Diese Kraft kann von dem Elektromagneten 14 durchaus aufgebracht werden, weil der Schieber 21 druckentlastet ist und durch die Leitung 36 auch druckentlastet bleibt, so daß sich in der Auslaßkammer 27 und im Rückraum 30 auch bei einer Bewegung des Schiebers 21 gleiche Drücke einstellen werden. Der im betreffenden Radbremszylinder 9 bzw. 10 herrschende Druck wird damit konstant gehalten und kann sich nicht weiter erhöhen.

Wenn die Reibungsverhältnisse auf der linken Seite des Fahrzeu­ ges im Vergleich zur rechten Seite des Fahrzeuges unterschied­ lich sind, so kann auf der einen Seite, auf der das betreffende Rad weniger zum Blockieren neigt, aufgrund besserer Reibbeiwerte der Bremsdruck konstant gehalten werden. In diesem Falle bleibt der betreffende Elektromagnet 14 des Hydraulikventils 8 erregt und sowohl das Vorsteuerventil 32, 33 wie auch das Durchlaß­ ventil 24, 25 bleiben geschlossen. Ist z. B. an der anderen Fahrzeugseite eine Bremsdruckerniedrigung erforderlich, so wird diese zunächst über den betreffenden Vorspannzylinder 5 bzw. 13 ausgesteuert, und in der Einlaßkammer 26 ergibt sich ein ent­ sprechend niedrigerer Druck. Wird dann zusätzlich der Elektro­ magnet 14 des betreffenden Hydraulikventils abgeschaltet, also in den nicht-erregten Zustand überführt, so öffnet das Vor­ steuerventil 32, 33 je nach Erfordernissen beispielsweise getaktet oder auch längerzeitig, so daß in dem betreffenden Radbremszylinder 9 oder 10 der Bremsdruck entsprechend reduziert wird. Ist die drohende Blockierneigung des Rades abgewendet, kann der Bremsdruck wieder erhöht werden. Dies geschieht über entsprechende Schaltvorgänge der Steuerelektronik 15, indem über den Vorspannzylinder 5 bzw. 13 in der Hydraulikleitung 7 wieder Druck aufgebaut wird. Durch Öffnen des Vorsteuerventils 32, 33 über den Elektromagneten 14 kann der Bremsdruck im betreffenden Radbremszylinder 9 bzw. 10 in Stufen wieder aufgebaut werden. Dies geschieht bei geschlossenem Durchlaßventil 24, 25 mit einem getakteten Öffnen des Vorsteuerventils 32, 33. Der Druckaus­ gleich zwischen dem Rückraum 30 und der Auslaßkammer 27 geschieht über die Leitung 36. Mit dem neuen Hydraulikventil 8 ist es möglich, trotz Verwendung nur eines Vorspannzylinders 5 bzw. 13 für eine Achse 1, 2 die Radbremszylinder 9 der rechten Fahrzeugseite und die Radbremszylinder 10 der linken Fahrzeug­ seite unterschiedlich zu steuern.

Claims (5)

1. Über einen Elektromagneten (14) steuerbares hydraulisches Wegeventil (8) mit Vorsteuerung, insbesondere für ABS-Anlagen an Kraftfahrzeugen, mit einem Gehäuse (20), an dem ein Eingangs­ anschluß (28) und ein Ausgangsanschluß (29) vorgesehen sind und in dem ein Durchlaßventil (24, 25) aus einem Schieber (21) und einem Gehäuserand (25) gebildet ist, wobei der Elektromagnet (14) einen Kern (34) mit einer Ventilnadel (33) aufweist, die mit einem am Schieber (21) vorgesehenen Ventilsitz (32) ein Vorsteuerventil (32, 33) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen Ventilnadel (33) und Ventilsitz (32) gebildete Vorsteuerventil (32, 33) in eine Leitung (31) zwischen dem Eingangsanschluß (28) und einem Rückraum (30) des Schiebers (21) eingeschaltet ist, daß der Rückraum (30) mit dem Ausgangsan­ schluß (29) über eine Leitung (36) in dauernder Verbindung steht, und daß der Schieber (21) als zumindest im wesentlichen druckentlasteter Kolben mit Dichtung (22) ausgebildet ist.

2. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (21) in Öffnungsrichtung des Durchlaßventils (24, 25) von einer Feder (23) belastet ist.

3. Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkdurchmesser der Dichtung (22) mit dem Wirkdurch­ messer des Gehäuserandes (25) des Durchlaßventils (24, 25) übereinstimmt.

4. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rückraum (30) mit dem Ausgangsanschluß (29) verbindende Leitung (36) als den Schieber (21) durchsetzende Bohrung vorgesehen ist.

5. Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Ventilnadel (33) tragende Kern (34) des Elektromagneten (14) bei Erregung das Vorsteuerventil (32, 33) schließt und das Durchlaßventil (24, 25) durch Verfahren des Schiebers schließt.