DE4433364A1 - 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 den bekannten Ventilen 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 dem kennzeichnenden Merkmal 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 Drucks in der Ventilteilkammer einstellt, der durch den ersten Druckmittelkanal in den Hohlkörper übertragen wird, so daß dieser axial expandiert und eine Kraft entgegen der hydraulischen Öffnungskraft und der Kraft der Rückstellfeder hervorruf t, welche den Magnetanker in einer Teiloffenstellung des Sitzventils einem lagestabilisierenden Kräftegleichgewicht unterwirft. Da das Druckmittel höheren Drucks sich innerhalb des Hohlkörpers befindet, bedarf es keiner umfangsseitigen Abdichtung des Magnetankers im Ventildom für eine druckmäßige Trennung der beiden Ankerstirnseiten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen-sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch angegebenen Ventils 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, Fig. 2 den in Fig. 1 mit 11 bezeichneten, einen Hohlkörper zwischen einem Magnetanker und einem Ventildom aufweisenden Bereich und Fig. 3 den in Fig. 1 mit III gekennzeichneten Bereich mit einem Sitzventil in Teiloffenstellung.

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 mit halbkugelförmigem Abschluß aufgesteckt und druckdicht mit dem Polkern 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. Der Magnetanker hat zwei rechtwinklig zu seiner Längsachse verlaufende Stirnflächen 32 und 33. An der polkernfernen Stirnfläche 32 des Magnetankers 31 ist ein an die Kontur der Abschlußkappe des Ventildomes 26 angepaßter, diese also weitgehend ausfüllender Hohlkörper 34 aus einem gummielastischen Werkstoff angeordnet. Der Hohlkörper 34 ist gegen den Ventildom 26 mit einer halbkugelförmigen Wand 35 ausgebildet und hat magnetankerseitig einen radial eingezogenen Boden 36 mit einem zentralen Durchbruch 37 (Fig. 2). Es ist ein längsdurchbohrter Bolzen 38 für die Befestigung des Hohlkörpers 34 am Magnetanker 31 vorgesehen. Der Bolzen 38 hat einen in den längsdurchbohrten Magnetanker 31 eingepreßten Zapfenteil 39 und einen im Innenraum des Hohlkörpers aufgenommenen Kopfteil 40, welcher den Boden 36 übergreift und in dichter Anlage an der Stirnfläche 32 des Magnetankers 31 hält. Der Innenraum des Hohlkörpers 34 bildet eine Steuerkammer 41, in welche ein erster Druckmittelkanal 42 mündet. Dieser erstreckt sich durch den Bolzen 38, den Magnetanker 31 und einen mit diesem gleichachsig fest verbundenen Stößel 43, welcher in der Gehäusebohrung 24 mit geringem radialen Spiel aufgenommen ist. Ein umfangsseitig des Stößels 43 durch eine Abflachung desselben gebildeter zweiter Druckmittelkanal 44 führt zur polkernnahen Stirnfläche 33 des Magnetankers 31. Der Magnetanker 31 und der Hohlkörper 34 sind außen von Druckmittel umspült, da eine umfangsseitige Abdichtung des Magnetankers 31 gegenüber dem Ventildom 26 fehlt.

Wie die Fig. 1 und 3 zeigen, trägt der Stößel 43 an seinem ankerabgewandten Ende ein kugelförmig ausgebildetes Schließglied 47 eines Sitzventils 48 in der Form des 2/2- Wegeventils. Das im Ausführungsbeispiel als Vollkugel ausgestaltete Schließglied 47 ist mit dem Stößel 43 stoffschlüssig verbunden. Von der ankerabgewandten, einen Druckmitteleinlaß 49 des Magnetventils 14 bildenden Seite der Gehäusebohrung 24 ist ein Ventilkörper 50 eingepreßt. Stößelseitig ist der längsdurchbohrte Ventilkörper 50 mit einem zapfenförmigen Ansatz 51 versehen, an welchem ein hohlkegelförmiger Ventilsitz 52 ausgeformt ist. Im Bereich des Sitzventils 48 ist die Gehäusebohrung 24 von einer Querbohrung 53 gekreuzt, welche einen durch die Bremsleitung 12 mit dem Radbremszylinder 13 in Verbindung stehenden Druckmittelauslaß 54 bildet.

Das Sitzventil 48 ist von einer geraden, hohlzylindrischen Hülse 57 umgriffen. Diese ist stößelabgewandt am Ansatz 51 des Ventilkörpers 50 abgedichtet befestigt. In der Schließstellung des Sitzventils 48 sowie in der in Fig. 3 wiedergegebenen Teiloffenstellung greift der Stößel 43 unter Bildung eines radialen Spaltes 58 in die Hülse 57 ein. Dieser Spalt 58 wirkt als Drosselstelle zwischen einer innerhalb der Hülse 57 liegenden Ventilteilkammer 59 und einer außerhalb der Hülse befindlichen, mit dem Druckmittelauslaß 54 in Verbindung stehenden Ventilkammer 60 (Fig. 3). Die unmittelbar auslaßseitig des Sitzventils 48 gelegene Ventilteilkammer 59 steht mit dem ersten Druckmittelkanal 42 in Verbindung, die Ventilkammer 60 dagegen mit dem zweiten Druckmittelkanal 44. Schließlich ist noch eine die Hülse 57 umgreifende, vorgespannte Rückstellfeder 61 vorgesehen, welche einerseits am Ventilkörper 50 und andererseits am Stößel 39 abgestützt ist und bei nicht erregter Magnetspule 27 das Sitzventil 48 in der Offenstellung hält.

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 48 befindet sich in der in Fig. 1 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 49 durch den Ventilkörper 50 und den Ventilsitz 52 des Sitzventils 48 sowie weiter von der Ventilteilkammer 59 in die Ventilkammer 60 und durch die Querbohrung 53 zum Druckmittelauslaß 54. Die Druckmittelströmung durch das Magnetventil ist hierbei ungedrosselt, da der Stößel 43 nicht in die Hülse 57 eintaucht. Mindert der Fahrer den Bremsdruck oder beendet er die Bremsung, so nimmt das Druckmittel seinen Weg in umgekehrter Strömungsrichtung durch das Sitzventil 48 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 61 das Sitzventil 48 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 der 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 47 und die Kraft der Rückstellfeder 61 in Richtung auf die Abschlußkappe des Ventildoms 26 längsverschoben. Durch das sich öffnende Sitzventil 48 strömt Druckmittel von dessen Auslaß in die Ventilteilkammer 59 und weiter durch den Spalt 58 zwischen dem Stößel 43 und der Hülse 57 in die Ventilkammer 60 zum Druckmittelauslaß 54. Aufgrund der drosselnden Wirkung des Spaltes 58 tritt in der als Stauraum wirkenden Ventilteilkammer 59 ein Staudruck auf, der durch den ersten Druckmittelkanal 42 in die Steuerkammer 41 des Hohlkörpers 34 übertragen wird. Der aufgrund des Druckabfalls an der Drosselstelle in der Ventilkammer 60 niedrigere Druck gelangt dagegen durch den zweiten Druckmittelkanal 44 auf die Außenseite des Magnetankers 31 sowie des Hohlkörpers 34. Der höhere Druck in der Steuerkammer 41 bewirkt eine axiale Expansion des Hohlkörpers 34, so daß sich dessen Wand 35 am kappenförmigen Abschluß des Ventildomes 26 abstützt. Hierdurch vermag das Druckmittel in der Steuerkammer 41 des einerseits am Magnetanker 31 und andererseits am Ventildom 26 angreifenden Hohlkörpers 34 eine Kraft auf den Magnetanker 31 auszuüben, welche der hydraulischen Öffnungskraft am Schließglied 47 des Sitzventils 48 sowie der Kraft der Rückstellfeder 61 entgegengerichtet ist. Diese Kräfte kompensieren sich in einer Teiloffenstellung des Sitzventils 48, in welcher nun weitgehend konstante, gegenüber der Offenstellung des Sitzventils sehr viel geringere Durchflußmengen des Druckmittels von dem Druckmitteleinlaß 49 zum Druckmittelauslaß 54 des Elektromagnetventils 14 strömen. 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 48 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 der Staudruck in der Ventilteilkammer 59, so daß schließlich die hydraulische Öffnungskraft am Schließglied 47 und die Federkraft der Rückstellfeder 61 die entgegengerichtete Kraft am Magnetanker 31 überwiegen und das Sitzventil 48 in die Offenstellung überführen, in welcher die Steuerkammer 41 durch Anschlag des Hohlkörpers 34 am kappenförmigen Abschluß des Ventildomes 26 ihr Minimalvolumen einnimmt. 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 druckmittelumspülter Magnetanker (31) längsbewegbar aufgenommen,
• - der Ventildom (26) ist von einer Magnetspule (27) umgriffen,
• - vom Magnetanker (31) geht ein Stößel (43) mit einem Schließglied (47) eines Sitzventils (48) aus,
• - in einer von einem Druckmitteleinlaß (49) herführenden Gehäusebohrung (24) des Magnetventils (14) ist ein Ventilkörper (50) mit einem Ventilsitz (52) des Sitzventils (48) angeordnet,
• - bei nicht erregter Magnetspule (27) nimmt das Sitzventil (48) aufgrund der Wirkung einer Rückstellfeder (61) seine Offenstellung ein,
• - das Sitzventil (48) befindet sich in einer Ventilkammer (60), welche mit einem Druckmittelauslaß (54) des Magnetventils (14) in Verbindung steht,
• - die Ventilkammer weist eine als Stauraum wirkende Ventilteilkammer (59) auf, von der ein erster Druckmittelkanal (42) zu einer auf der sitzventilfernen Seite des Magnetankers (31) gelegenen Steuerkammer (41) ausgeht,
• - von der Ventilkammer (60) geht ein zweiter Druckmittelkanal (44) zu der sitzventilnahen Stirnfläche (33) des Magnetankers (31) aus,
• - in der Ventilteilkammer (59) erzeugter Druck vermag in der Steuerkammer (41) eine entgegen der Kraft der Rückstellfeder (61) auf den Magnetanker (31) wirkende Kraft hervorzurufen, aufgrund der das Sitzventil (48) eine von seiner Offenstellung abweichende, teilgeschlossene Stellung einnimmt, gekennzeichnet durch das weitere Merkmal:
• - die Steuerkammer (41) befindet sich in einem axial expandierbaren, einerseits am Magnetanker (31) und andererseits am Ventildom (26) angreifenden Hohlkörper (34).

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (34) an der sitzventilfernen Stirnfläche (32) des Magnetankers (31) dicht befestigt, der Kontur des Ventildoms (26) angepaßt und mit seinem Innenraum an den ersten Druckmittelkanal (42) angeschlossen ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (34) gegen den Ventildom (26) halbkugelförmig ausgebildet ist und magnetankerseitig einen radial eingezogenen Boden (36) mit einem zentralen Durchbruch (37) hat, durch den ein längsdurchbohrter Bolzen (38) mit seinem im Magnetanker (31) befestigten Zapfenteil (39) greift, während sein im Innenraum des Hohlkörpers aufgenommener Kopfteil (40) den Boden übergreift und in dichter Anlage an der Stirnfläche (32) des Magnetankers hält.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (34) aus einem gummielastischen Werkstoff besteht.