DE4429211A1 - Elektromagnetisch betätigtes Ventil, insbesondere für schlupfgeregelte hydraulische Bremsanlagen in Kraftfahrzeugen - Google Patents
Elektromagnetisch betätigtes Ventil, insbesondere für schlupfgeregelte hydraulische Bremsanlagen in KraftfahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch
betätigten Ventil nach der Gattung des Patentanspruchs.
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 des Sitzventils ausgehenden, den
Magnetanker durchdringenden Zapfen längsverschiebbar geführt
ist. Der Steuerkolben begrenzt mit seinem ankerabgewandten
Boden eine Steuerkammer, welche durch eine den Zapfen und
den Steuerkolben gleichachsig durchdringenden
Druckmittelkanal mit dem Druckmitteleinlaß des bekannten
Ventils in Verbindung steht. Während der Magnetanker an
beiden Stirnflächen 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 des Sitzventils
zur Folge hat.
Diese Wirkungsweise des bekannten Ventils ist nutzbar in
schlupfgeregelten hydraulischen Bremsanlagen, bei denen der
Druckmitteleinlaß mit einem 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 Drucks 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.
Das erfindungsgemäße Magnetventil mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß sich der Durchflußquerschnitt des Sitzventils nach
dessen Öffnen aus der Schließstellung heraus auf weitgehend
konstante Durchflußmengen aufgrund des Staudrucks einstellt,
der in der Teiloffenstellung hülseninnenseitig vor dem eine
Drosselstelle bildenden Spalt hervorgerufen und durch den
ersten Druckmittelkanal zur sitzventilfernen Stirnfläche des
Magnetankers übertragen wird, so daß an diesem ein
Druckungleichgewicht auftritt, welches eine in
Schließrichtung des Sitzventils wirkende Kraft hervorruft
und die auf den Magnetanker mit Stößel und Schließglied
wirkenden Öffnungskräfte kompensiert. Der bauliche Aufwand
zur Erzielung dieser Funktionsweise des erfindungsgemäßen
Ventils als Stromregelventil ist außerordentlich gering.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Patentanspruch angegebenen Magnetventils möglich.
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
in einer schematisch angedeuteten Bremsanlage eines
Kraftfahrzeugs und Fig. 2 den in Fig. 1 mit II
bezeichneten, ein teiloffenes Sitzventil aufweisenden
Bereich des Magnetventils in anderem Maßstab und Fig. 3 das
Sitzventil nach Fig. 2 in der Offenstellung.
Eine in Fig. 1 sehr vereinfacht wiedergegebene
bremsschlupfgeregelte hydraulische Bremsanlage 10 eines
Kraftfahrzeugs hat einen zweikreisigen Hauptbremszylinder
11, von dem eine Bremsleitung 12 zu einem Radbremszylinder
13 ausgeht. Im Zuge der Bremsleitung 12 ist ein bei einer
Schlupfregelung als Einlaßventil wirkendes,
elektromagnetisch betätigtes Ventil 14 angeordnet.
Radbremszylinderseitig geht von der Bremsleitung 12 eine
Rückführleitung 15 aus, welche das Ventil 14 umgeht und
hauptbremszylinderseitig an die Bremsleitung angeschlossen
ist. In der Rückführleitung 15 befinden sich ein
Auslaßventil 16 und eine Rückförderpumpe 17 für dem
Radbremszylinder 13 entnommenes Druckmittel. Zwischen dem
Auslaßventil 16 und der Rückförderpumpe 17 ist eine
Speicherkammer 18 an die Rückführleitung 15 angeschlossen.
Außerdem ist eine das Magnetventil 14 umgehende
Bypassleitung 19 mit einem Rückschlagventil 20 vorgesehen,
welches in Richtung vom Radbremszylinder 13 zum
Hauptbremszylinder 11 öffnet.
Das Magnetventil 14 weist ein Gehäuse 23 mit einer
Durchgangsbohrung 24 auf. Auf einen vom Gehäuse 23
gebildeten Polkern 25 ist ein hülsenförmiger Ventildom 26
aufgesteckt und druckdicht mit diesem verbunden. Der
Ventildom 26 ist von einer ringförmigen Magnetspule 27 mit
einem glockenförmigen Gehäuse 28 umgriffen.
Im Ventildom 26 ist ein im wesentlichen kreiszylindrischer
Magnetanker 31 längsbewegbar aufgenommen. Polkernabgewandt
begrenzt der Magnetanker 31 mit seiner Stirnfläche 32 eine
erste Kammer 33. Mit seiner polkernseitigen Stirnfläche 34
grenzt der Magnetanker 31 an eine zweite Kammer 35 an.
Umfangsseitig ist der an beiden Stirnflächen 32 und 34
druckmittelumspülte Magnetanker 31 durch eine Spaltdichtung
oder andere, in Fig. 1 lediglich strichpunktiert
angedeutete Dichtmittel 36 gegen den Ventildom 26
abgedichtet, so daß eine druckleitende Verbindung zwischen
den beiden Kammern 33 und 35 weitgehend unterbunden ist.
Vom Magnetanker 31 geht ein mit diesem fest verbundener
Stößel 39 aus. Dieser ist in der Gehäusebohrung 24 mit
geringem radialen Spiel aufgenommen. An seinem
ankerabgewandten Ende trägt der Stößel 39 ein im
wesentlichen kugelförmig ausgebildetes Schließglied 40 eines
Sitzventils 41 in der Form des 2/2-Wegeventils. Das im
Ausführungsbeispiel als Vollkugel ausgestaltete Schließglied
40 ist mit dem Stößel 39 stoffschlüssig verbunden. Von der
ankerabgewandten, einen Druckmitteleinlaß 42 des
Magnetventils 14 bildenden Seite der Gehäusebohrung 24 ist
ein Ventilkörper 43 eingepreßt. Stößelseitig ist der
längsdurchbohrte Ventilkörper 43 mit einem zapfenförmigen
Ansatz 44 versehen, an welchem ein hohlkegelförmiger
Ventilsitz 45 des Sitzventils 41 ausgeformt ist. Im Bereich
des Sitzventils 41 ist die Gehäusebohrung 24 von einer
Querbohrung 46 gekreuzt, welche einen durch die Bremsleitung
12 mit dem Radbremszylinder 13 in Verbindung stehenden
Druckmittelauslaß 47 bildet.
Wie die Fig. 2 und 3 deutlicher zeigen, ist das
Sitzventil 41 von einer geraden, hohlzylindrischen Hülse 50
umgriffen. Diese ist stößelabgewandt am Ansatz 44 des
Ventilkörpers 43 abgedichtet befestigt. Die Hülse 50 ist auf
ihrer Innenseite parallel zur Stößelachse 51 begrenzt sowie
mit einer rechtwinklig zu dieser verlaufenden freien
Stirnfläche 52 ausgebildet. Ein das Schließglied 40 des
Sitzventils 41 tragender, zapfenförmiger Abschnitt 53 des
Stößels 39 ist umfangsseitig ebenfalls parallel zur
Stößelachse 51 begrenzt. Der Stößel 39 greift mit seinem
Abschnitt 53 in die Hülse 50 ein. Er ist mit einer die
Stößelachse 51 rechtwinklig kreuzenden Nut 54 versehen,
deren grundseitige Stirnfläche 55 sich ebenso wie die
Stirnfläche 52 der Hülse 50 rechtwinklig zur Stößelachse 51
erstreckt. Von der Nut 54 geht ein erster Druckmittelkanal
56 durch den Stößel 39 und den Magnetanker 31 zur
sitzventilfernen Stirnfläche 32 des Magnetankers aus. Dieser
Druckmittelkanal 56 steht über den Innenraum 57 der Hülse 50
mit dem Auslaß des Sitzventils 41 in Verbindung. Auf ihrer
Außenseite hat die Hülse 50 durch die Querbohrung 46
Verbindung mit dem Druckmittelauslaß 47 des Magnetventils
14. Auslaßseitig der Hülse 50 führt ein durch eine
Abflachung des Stößels 39 gebildeter zweiter
Druckmittelkanal 58 zur sitzventilnahen Stirnfläche 34 des
Magnetankers 31. Schließlich ist noch eine die Hülse 50
umgreifende, vorgespannte Rückstellfeder 59 vorgesehen,
welche einerseits am Ventilkörper 43 und andererseits am
Stößel 39 abgestützt ist und bei nicht erregter Magnetspule
27 das Sitzventil 41 in der Offenstellung hält.
Die Hülse 50 sowie der Stößel 39 mit seinem
schließgliedseitigen Abschnitt 53 sind in ihrem Durchmesser
derart aufeinander abgestimmt, daß bei in die Hülse
eingreifendem Stößel ein geringer radialer Spalt 62 zwischen
beiden verbleibt. Dieser wirkt als Drosselstelle solange
sich die Stirnfläche 55 des Stößels 39 im Innenraum 57 der
Hülse 50 oder im Bereich von deren Stirnfläche 52 befindet.
Dies ist im Fall der in Fig. 2 dargestellten
Teiloffenstellung des Sitzventils 41 gegeben; in der in
Fig. 3 dargestellten Offenstellung des Sitzventils ist
aufgrund der sich im Bereich der Hülsenstirnfläche 52
befindlichen Nut 54 des Stößels 39 die Drosselwirkung
aufgehoben.
Das Magnetventil 14 hat folgende Wirkungsweise:
Bei einer vom Fahrer des Fahrzeugs ausgelösten Bremsung ohne Blockiergefahr nimmt das Ventil 14 seine Ruhestellung ein, d. h. das Sitzventil 41 befindet sich in der in Fig. 3 gezeichneten Offenstellung. Der durch Betätigen des Hauptbremszylinders 11 erzeugte Druck bewirkt durch Verschieben von Druckmittelteilmengen in der Bremsleitung 12 einen Druckanstieg im Radbremszylinder 13. Dabei nimmt das Druckmittel seinen Weg vom Druckmitteleinlaß 42 durch den Ventilkörper 43 und den Ventilsitz 45 des Sitzventils 41 sowie weiter vom Innenraum 57 der Hülse 50 durch die Nut 54 des Stößels 39 und die Querbohrung 46 zum Druckmittelauslaß 47. Die Druckmittelströmung durch das Magnetventil 14 ist hierbei ungedrosselt. Mindert der Fahrer den Bremsdruck oder beendet er die Bremsung, so nimmt das Druckmittel seinen Weg in umgekehrter Strömungsrichtung durch das Sitzventil 41 sowie gegebenenfalls durch das parallel geschaltete Rückschlagventil 20 in der Bypassleitung 19.
Bei einer vom Fahrer des Fahrzeugs ausgelösten Bremsung ohne Blockiergefahr nimmt das Ventil 14 seine Ruhestellung ein, d. h. das Sitzventil 41 befindet sich in der in Fig. 3 gezeichneten Offenstellung. Der durch Betätigen des Hauptbremszylinders 11 erzeugte Druck bewirkt durch Verschieben von Druckmittelteilmengen in der Bremsleitung 12 einen Druckanstieg im Radbremszylinder 13. Dabei nimmt das Druckmittel seinen Weg vom Druckmitteleinlaß 42 durch den Ventilkörper 43 und den Ventilsitz 45 des Sitzventils 41 sowie weiter vom Innenraum 57 der Hülse 50 durch die Nut 54 des Stößels 39 und die Querbohrung 46 zum Druckmittelauslaß 47. Die Druckmittelströmung durch das Magnetventil 14 ist hierbei ungedrosselt. Mindert der Fahrer den Bremsdruck oder beendet er die Bremsung, so nimmt das Druckmittel seinen Weg in umgekehrter Strömungsrichtung durch das Sitzventil 41 sowie gegebenenfalls durch das parallel geschaltete Rückschlagventil 20 in der Bypassleitung 19.
Bei einer Bremsung mit Blockiergefahr wird das Magnetventil
14 durch Erregen der Magnetspule 27 in die Arbeitsstellung
geschaltet, in welcher durch Verschieben des Magnetankers 31
entgegen der Kraft der Rückstellfeder 59 das Sitzventil 41
in die Schließstellung überführt ist. Gleichzeitig werden
das Auslaßventil 16 in der Rückführleitung 15 in die
Durchlaßstellung geschaltet und die Rückförderpumpe 17 in
Betrieb gesetzt. Durch Entnahme von Druckmittelteilmengen
aus dem Radbremszylinder 13 und Rückförderung zum
Hauptbremszylinder 11 wird radbremsseitig Druck abgebaut und
die Blockiergefahr gemindert. In der auf einen Druckabbau
folgenden Phase für Druckhalten im Radbremszylinder 13
verbleibt das Magnetventil 14 in der Arbeitsstellung,
während das Auslaßventil 16 in der Rückführleitung 15 in die
Schließstellung geschaltet wird.
Für den auf Druckhalten folgenden Druckaufbau im
Radbremszylinder 13 behält das Auslaßventil 16 seine
Schließstellung bei, und das Magnetventil 14 wird nicht mehr
bestromt. Aufgrund der fehlenden Erregung der Magnetspule 27
wird der Magnetanker 31 durch den vom Hauptbremszylinder 11
erzeugten Druck auf das Schließglied 40 und die Kraft der
Rückstellfeder 59 in Richtung auf den Ventildom 26
längsverschoben. Durch das sich öffnende Sitzventil 41
strömt Druckmittel von dessen Auslaß in den Innenraum 57 der
Hülse 50 und weiter durch den Spalt 62 zum Druckmittelauslaß
47. Aufgrund der drosselnden Wirkung des Spaltes 62 zwischen
der Hülse 50 und dem Stößel 39 tritt ein Druckabfall im
Druckmittel auf, so daß im Innenraum 57 der Hülse 50 ein
höherer Druck herrscht als auf deren Außenseite. Der höhere
Druck wird durch den ersten Druckmittelkanal 56 in die erste
Kammer 33 übertragen und wirkt dort auf die sitzventilferne
Stirnfläche 32 des Magnetankers 31. Der niedrigere Druck
gelangt durch den zweiten Druckmittelkanal 58 in die zweite
Kammer 35 und wirkt dort auf die sitzventilnahe Stirnfläche
34. Aufgrund dieses Druckungleichgewichts am Magnetanker 31
mit Stößel 39 wird eine in Richtung auf den Ventilsitz 45
des Sitzventils 41 wirkende, resultierende Kraft am Anker
hervorgerufen, der die hydraulische Öffnungskraft am
Schließglied 40 sowie die Federkraft der Rückstellfeder 59
entgegengerichtet sind. Diese Kräfte kompensieren sich in
einer Teiloffenstellung des Sitzventils 41, in welcher gemäß
der Darstellung in Fig. 2 die Stirnfläche 55 am Stößel 39
eine Position im Bereich der stößelseitigen Stirnfläche 52
der Hülse 50 einnimmt. Es fließen nun weitgehend konstante,
gegenüber der Offenstellung des Sitzventils 41 sehr viel
geringere Durchflußmengen des Druckmittels von dem
Druckmitteleinlaß 42 zum Druckmittelauslaß 47 des
Elektromagnetventils 14. In dieser Teiloffenstellung wirkt
das Magnetventil 14 daher wie ein Stromregelventil.
Im weiteren Verlauf der Bremsschlupfregelung wird das
Magnetventil 14 in schneller Folge durch erneutes Erregen
der Magnetspule 27 in die Schließstellung des Sitzventils 41
sowie durch Abschalten der Erregung in die vorbeschriebene
Teiloffenstellung geschaltet. Mit zunehmender Angleichung
des Druckes im Radbremszylinder 13 an den Druck des
Hauptbremszylinders 11 vermindert sich das
Druckungleichgewicht am Magnetanker 31, so daß schließlich
die hydraulische Öffnungskraft am Schließglied 40 und die
Federkraft der Rückstellfeder 59 überwiegen und das
Sitzventil 41 in die durch Anschlag des Magnetankers 31 am
Ventildom 26 definierte Offenstellung überführen. Das
Elektromagnetventil 14 ist nun ungedrosselt vom Druckmittel
durchströmbar.
Claims (4)
1. Elektromagnetisch betätigtes Ventil (14), insbesondere
für schlupfgeregelte hydraulische Bremsanlagen (10) in
Kraftfahrzeugen,
mit folgenden Merkmalen:
- - in einem Ventildom (26) ist ein an beiden Stirnflächen (32, 34) druckmittelumspülter Magnetanker (31) längsbewegbar aufgenommen,
- - der Ventildom (26) ist von einer Magnetspule (27) umgriffen,
- - vom Magnetanker (31) geht ein Stößel (39) mit einem Schließglied (40) eines Sitzventils (41) aus,
- - in einer von einem Druckmitteleinlaß (42) herführenden Gehäusebohrung (24) des Magnetventils (14) ist ein Ventilkörper (43) mit einem Ventilsitz (45) des Sitzventils (41) angeordnet,
- - ein Druckmittelkanal (56) geht vom Sitzventil (41) in den Ventildom (26) aus,
- - gleichachsig zum Ventilsitz (45) ist in der Gehäusebohrung (24) eine diesen umgreifende, kreiszylindrische Hülse (50) aufgenommen,
- - bei nicht erregter Magnetspule (27) nimmt das Sitzventil (41) aufgrund der Wirkung einer Rückstellfeder (59) seine Offenstellung ein,
gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:
- - die Hülse (50) ist stößelabgewandt am Ventilkörper (43) abgedichtet befestigt,
- - auf ihrer Außenseite steht die Hülse (50) mit einem Druckmittelauslaß (47) des Magnetventils (14) in Verbindung,
- - in der Schließstellung des Sitzventils (41) greift der Stößel (39) mit geringem radialen Spalt (62) in die Hülse ein,
- - der Auslaß des Sitzventils (41) ist durch den ersten Druckmittelkanal (56) mit der sitzventilfernen Stirnfläche (32) des Magnetankers (31) verbunden,
- - auslaßseitig der Hülse (50) führt ein zweiter Druckmittelkanal (58) zur sitzventilnahen Stirnfläche (34) des Magnetankers (31),
- - der Magnetanker (31) ist umfangsseitig abgedichtet.
2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel (39) und die Hülse (50) im Eingriffsbereich
parallel zur Stößelachse (51) begrenzt sowie mit
rechtwinklig zu dieser verlaufenden Stirnflächen (52, 55)
ausgebildet sind.
3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Stirnfläche (55) am Stößel (39) am Grund einer die
Stößelachse (51) rechtwinklig kreuzenden Nut (54) befindet,
von welcher der erste Druckmittelkanal (56) zur
sitzventilfernen Stirnfläche (32) des Magnetankers (31)
ausgeht.
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DE4429211A1 true DE4429211A1 (de) | 1996-02-22 |
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JP (1) | JPH0868474A (de) |
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