DE4429211A1 - 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 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.

Vorteile der Erfindung

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.

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 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.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

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 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.