DE4441150A1

DE4441150A1 - Druckregelventil

Info

Publication number: DE4441150A1
Application number: DE4441150A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Dipl Ing Dr Feigel; Andreas Dr Klein; Ulrich Dipl Ing Dr Neumann; Lothar Dipl Ing Schiel
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1994-11-18
Filing date: 1994-11-18
Publication date: 1996-05-23
Also published as: EP0790909A1; JPH10509928A; EP0790909B1; DE59505726D1; WO1996015928A1; US5934766A

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil, insbesondere elektrisch ansteuerbares Mehrwegeventil für hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen mit Radschlupfregelung, nach dem Obergriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 29 09 504 C2 ist bereits ein Druckregelventil be kannt geworden, bei dem zum Zwecke der Druckregelung der Ven tilstößel als Schieberventil ausgebildet ist, um in einer er sten Schaltstellung eine Druckmittelverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Druckmittelanschluß herzustellen sowie in einer zweiten Schaltstellung des Ventilschiebers die vorgenannten Druckmittelanschlüsse zu trennen. In der dritten Schaltstellung öffnet der Ventilstößel ein Kugelrückschlag ventil, womit ein weiterer Druckmittelanschluß zum zweiten Druckmittelanschluß freigegeben wird.

Das Druckregelventil hat jedoch den Nachteil, daß der Ven tilschieber einerseits eine hohe Passungsgenauigkeit erfor dert, um Herstellungs- sowie temperaturabhängige Leckageströ me an der Steuerkante beherrschen zu können, andererseits ist auch keine Maßnahme vorgesehen, um im Fall eines Verklemmens des Ventilschiebers den Druckabbau im angeschlossenen Lei tungssystem sicherstellen zu können.

Eine Ventilvorrichtung, die mit einem als Stromregelventil wirksamen Schieberventil versehen ist, geht aus der EP 03 53 635 B1 hervor. Das Stromregelventil weist im wesentlichen einen Kolben auf, der in Abhängigkeit von der Schaltstellung eines elektromagnetisch angesteuerten Betätigungsgliedes den Volumenstrom zwischen einer Druckmittelquelle und einem Druckmittelverbraucher regelt. Zur Erfüllung dieser Funktion verfügt der Kolben über einen relativ langen Schaft, dessen Durchgangsbohrungen mit Steuerkanten versehen sind, welche die radial in das Ventilgehäuse einmündenden Druckmittelkanä le des Druckmittelverbrauchers bzw. der Druckmittelquelle übersteuern. Unerwünschte Ringspalt-Leckageverluste im Be reich der Steuerkante sind trotz des relativ langen Kolben schafts nicht auszuschließen, wobei auch die Aneinanderrei hung des Stromregelventils mit dem elektromagnetisch an steuerbaren Betätigungsglied zu einem erheblichen Bauvolumen der Ventilvorrichtung beiträgt. Die für Schieberventile typi schen Abdichtungsprobleme treten auf.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Druckregelventil zu schaffen, daß mit einfachen Mitteln eine funktionssichere Druckregelung und einen kompakten, miniaturisiertem Aufbau gewährleistet. Insbesondere soll der Druckmittelzulauf durch die Verwendung eines Sitzventiles sowie mit möglichst THZ- Druck unabhängigem Volumenstrom erfolgen, der auch zur Mini mierung der Ventilschaltgeräusche beiträgt. Ferner soll das Ventil eine Druckhaltephase ermöglichen und sich insgesamt durch reaktionsschnelles Schalten bei geringen Ansprechkräf ten auszeichnen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach ein weiteres Ventilschließglied relativ zum Ventilstößel verschiebbar im Ventilgehäuse angeordnet ist, das in einer ersten Betäti gungsstellung eine ungehinderte Druckmittelverbindung zwi schen dem ersten Druckmittelanschluß und dem zweiten Druck mittelanschluß herstellt, in einer weiteren Betätigungsstel lung die Druckmittelverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Druckmittelanschluß unterbricht und das mittels einer Meßblende in der ersten Betätigungsstellung an einer Boh rungsstufe einen den Druckmittelvolumenstrom zwischen dem er sten und zweiten Druckmittelanschluß regelnden Ventilöff nungsquerschnitt aufweist.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Be schreibung eines Ausführungsbeispieles hervor, wobei alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebig sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden können, unabhängig von ihrer Zusammen fassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Die Fig. 1 zeigt ein in mehrfach vergrößertem Längsschnitt dargestelltes Druckregelventil, dessen Ventilgehäuse 1 in Patronenbauweise verstemmt in einem Ventilblock gehalten ist. Im aus Stahl hergestellten Ventilgehäuse 1 ist eine im Tief ziehverfahren gefertigte Ventilhülse 11 durch eine im Endbe reich an der Ventilhülse 11 angebrachte Verstemmung gehalten. Für die Befestigung des Ventilgehäuse 1 und der Ventilhülse 11 bieten sich weitere form- und/oder kraftschlüssige Befe stigungsverfahren an, die jedoch im Rahmen dieses Ausfüh rungsbeispiels nicht behandelt werden. Im Dombereich der Ven tilhülse 11 befindet sich der Magnetanker 12, an dem der Ven tilstößel 2 angebracht ist, der sich durch eine Bohrung des Magnetkerns 13 bis in einen Druckraum 14 erstreckt. Am Mag netkern 13 stützt sich die mit dem Ventilgehäuse 1 Verstemmte Wurzel der Ventilhülse 11 ab. Die Ventilhülse 11 nimmt eine Ventilspule 15 auf, die für die elektromagnetische Betätigung des Ventilstößels 2 sorgt. Der unterhalb des Magnetkerns 13 gelegene Druckraum 14 nimmt einen Ringkolben 7 auf, der me tallisch gedichtet innerhalb des Druckraums 14 axial beweg lich geführt ist.

Der dem Magnetkern 13 zugewandte Abschnitt des Ringkolbens 7 ist mit einer Ringnut 16 versehen, die einen Druckmittel durchlaß zwischen einer ersten Druckmittelverbindung 5 und einer dem Magnetkern 13 benachbarten Bohrungsstufe 10 des Druckraums 14 aufweist. Die Bohrungsstufe 10 ist mittels ei nes am Ringkolben 7 erweiterten Abschnitts, der das weitere Ventilschließglied 3 bildet, verschließbar. Das weitere Ven tilschließglied 3 ist damit in der Konstruktion eines sich an die Ringnut 16 nach außen ballig erstreckenden Sitzventilkör pers Bestandteil des Ringkolbens 7. Die von diesem Ven tilschließglied 3 abgewandte Stirnfläche des Ringkolbens 7 erstreckt sich bis in den Bereich einer gleichfalls radial in den Druckraum 14 einmündenden zweiten Druckmittelverbindung 8, die im vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel den Radbrems anschluß für eine hydraulische Bremsanlage mit Radschlupfre gelung herstellt. Hingegen steht die erste Druckmittelverbin dung 5 mit dem Anschluß eines Bremsdruckgebers 25 in Verbin dung. Eine dritte Druckmittelverbindung 17, die von einem Ventilschließglied 18 in Richtung des Druckraums 14 abbil dungsgemäß gesperrt ist, steht mit einem Druckmittelsammler 26 in Verbindung, dem das vom Radbremsanschluß kommende Druckmittel speichert, um es bei Bedarf der ersten Druckmit telverbindung 5 wieder zuzuführen. Beide als Sitzventile wirksamen Ventilschließglieder 3, 18 sind zueinander diame tral angeordnet und unabhängig voneinander in ihrer Wirkung entgegengesetzt betätigbar. Das oberhalb der dritten Druck mittelverbindung 17 gelegene Ventilschließglied 18 kann aus schließlich entgegengesetzt zu einer das Ventilschließglied 18 in Sperrichtung beaufschlagenden Druckfeder 9 durch elek tromagnetische Betätigung des Ventilstößels 2 aufgestoßen werden, während das am Ringkolben 7 angebrachte weitere Ven tilschließglied 3 mittelbar vom Ventilstößel 2, durch vor spannen einer Druckfeder 8, eine Schließbewegung auszuführen vermag, die von einer oberhalb des Ringkolbens 7 angeordneten Druckfeder 28 bewirkt wird. Hierbei erstreckt sich der Ven tilstößel 2 koaxial zu den beiden entgegengesetzt zueinander wirkenden Druckfedern 8, 28 bis vor das unterhalb der Druck mittelverbindung 6 angeordnete Ventilschließglied 18. Der Ventilstößel 2 weist innerhalb des Ringkolbens 7 gelegen ei nen Absatz 4 auf, an dem sich eine mit einer Meßblende 23 versehene Scheibe 31 abstützt, die unter Wirkung der Druckfe der 8 gegen einen Absatz 21 im Ringkolben 7 gepreßt ist. Die Scheibe 31 kann auch einstückig durch den Ventilstößel 2 ge bildet sein, wobei die Meßblende durch eine Kerbe, Ausneh mung, Abflachung oder ähnliches an dem Ventilstößel einer seits und durch den Absatz 21 andererseits gebildet werden kann. Der Ringkolben 7 hat die Funktion eines Volumenstrom- Regelventils, an dem das in der Grundstellung geöffnete Ven tilschließglied 3 als integrales Bestandteil angebracht ist. Unerwünschte Leckageströme zwischen der ersten und zweiten Druckmittelverbindung 5, 6 werden vorzugsweise durch eine Spaltdichtung mit Druckentlastungsnuten an der Mantelfläche des Ringkolbens 7 klein gehalten. Die Ringnuten (Druckentla stungsnuten) an der Mantelfläche des Ringkolbens 7 verhindern ein einseitiges Andrücken an die Bohrungswandung. Die Abdich tung des Ventilgehäuses 1 (Ventilpatrone) im Ventilaufnahme block erfolgt mittels, Selbstverstemmung und Ringdichtung. Ein Ring- und Plattenfilter 19, 20 sorgen für die Innensauberkeit des Druckregelventils.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des Druckregelventils in Verbindung mit einer hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage mit Radschlupfregelung erläutert.

Die Abbildung zeigt das Druckregelventil in der elektromagne tisch nicht erregten Schaltstellung, die bei Verwendung des Ventils für eine schlupfgeregelte Bremsanlage gleichzeitig der Bremslösestellung und der Normalbremsphase entspricht, in der eine ungehinderte Druckmittelverbindung vom Bremsdruckge ber 25 über den ersten Druckmittelanschluß 5, das Ringfilter element 19, die Ringnut 16, das geöffnete Ventilschließglied 3 sowie über den Durchlaßquerschnitt der Meßblende 23 im Ringkolben 7 in Richtung des zweiten Druckmittelanschluß 6 besteht, der an der Radbremse 24 endet. An der Meßblende 23 stellt sich ab einem Mindestvolumenstrom Qmin eine konstante Druckdifferenz ein, die den Volumenstrom festlegt.

Abbildungsgemäß befindet sich der Ventilstößel 2 entfernt vom Ventilschließglied 18, das unter Wirkung der Druckfeder 9 die Druckmittelverbindung zwischen dem ersten und zweiten Druck mittelanschluß 5, 6 von dem zum Druckmittelsammler 26 führen den Druckmittelanschluß 17 trennt.

Beim Auftreten von unzulässig hohen Radschlupfwerten, die bei einer Überbremsung des Fahrzeugs von geeigneten Mitteln einer Signalauswertelektronik erkannt werden, erfolgt eine elek tromagnetische Erregung der Spule 15, so daß der Magnetanker 12 eine Hubbewegung vollzieht, in der die Druckfeder 8 über den scheibenförmigen Anschlag am Absatz 4 des Ventilstößels 2 zusammengepreßt wird, so daß die oberhalb der Druckfeder 8 an der Stirnfläche des Ringkolbens 7 anliegende Druckfeder 28 das Ventilschließglied 3 auf die Bohrungsstufe 10 zu bewegt und verschließt. Bei einer binären Ansteuerschaltung des Ventils hebt der Ventilstößel 2 das Ventilschließglied 18, entgegen der Wirkung der Druckfeder 9, von seinem Ventilsitz im Ventilgehäuse 1, so daß das zwischen dem Druckraum 14 und der Radbremse 24 eingespannte Druckmittel durch die stromab wärts zum Ventilschließglied 18 angeordnete weitere Blende 30 in Richtung des Druckmittelsammlers 26 strömt. Der Magnetan ker 12 befindet sich hierbei auf Anschlag am Magnetkern 13 oder es befindet sich dazwischen eine Antiklebescheibe. Die Kalibrierung der Blende 30 bestimmt den Druckabbaugradienten. Bei Verwendung einer Analogsteuerung zur Betätigung des Ven tilstößels 2 läßt sich, im Gegensatz zur binären Schaltbetä tigung des Ventilstößels 2, eine Druckhaltephase einstellen, die durch eine Zwischenstellung des Ventilstößelhubs zu standekommt, in der das obere Ventilschließglied 3 gerade geschlossen und das untere, in der Grundstellung geschlossene Ventilschließglied 18 noch nicht vom Ventilstößel 2 betätigt wird. Eine Volumenstromregelung über die Ringnut 16 erfolgt in Abhängigkeit von der Größe der Meßblende 23 in Richtung der Radbremse 24. Bei Vollaussteuerung des Magnetankers 12 vollzieht das vom Ventilstößel 2 aufgestoßene Ventilschließ glied 18 ausschließlich eine Druckregelung, so daß bei Analo gansteuerung des Magnetankers 12 die dem in der Grundstellung geschlossenen Ventilschließglied 18 folgende Blende 30 ent fallen kann. Der Druck in der Radbremse 24 läßt sich folglich sehr schnell in Richtung des Druckmittelsammlers 26 abbauen. Eine Pumpe 27 stellt erneut das von der Radbremse 24 entwei chende Druckmittel dem Bremsdruckgeber 25 bzw. dem Druckre gelventil zur Verfügung.

Bedarf es während der Druckhalte- oder Druckaufbauphase einer Übersteuerung der elektrohydraulischen Druckmodulation im Sinne eines manuell über den Bremsdruckgeber 25 ausgelösten Druckabbaus (Bremspedal bewegt sich in Lösestellung), so kann jederzeit eine Druckabsenkung in der Radbremse 24 über eine am Ventilgehäuse 1 angebrachte Rückschlagmanschette 22, in Richtung der ersten Druckmittelverbindung 5, geschehen.

Soll nach vollzogener Druckabbauphase erneut Druck in der Radbremse 24 aufgebaut werden, so wird die elektromagnetische Erregung des Magnetankers 12 unterbrochen, wodurch sich unter Wirkung der Druckfeder 8 der Ringkolben 7 wieder in Richtung des Magnetkerns 13 in seine Grundstellung bewegt. Das vom Bremsdruckgeber 25 kommende und in der Ringnut 16 anstehende Druckmittel passiert erneut den Durchlaß am Ventilschließ glied 3, in Abhängigkeit von einer an der Meßblende 23 kon stant eingestellten Druckdifferenz mit einem konstanten Volu menstrom. Dabei bewegt sich der Ringkolben 7 in eine den Durchlaßquerschnitt an der Bohrungsstufe 10 regelnden Schnüf felstellung, in der die aus den beiden Druckfedern 8, 28 re sultierende Federkraft, in Abhängigkeit von der Quer schnittsfläche des Ringkolbens 7, im Gleichgewicht steht mit der an der Meßblende 9 eingestellten Druckdifferenz. Im vor liegenden Anwendungsfall für eine blockiergeschützte Brems anlage ist die vorbeschriebene Stromregelfunktion oberhalb eines bestimmten Ansprechdrucks von wenigen Bar wirksam. Die se Stromregelfunktion hat den Vorteil, daß sich unabhängig von Druckänderungen zwischen dem Bremsdruckgeber 25 und der Radbremse 24 ein konstanter Druckaufbaugradient einstellt, der unabhängig vom jeweiligen, über dem Ansprechdruck des Stromregelventils liegenden Vordruck des Bremsdruckgebers 25 eingehalten werden kann. Geräusche, die bisher in Folge von unterschiedlich großen Druckimpulsen während der Bremsdruck regelphase auftreten können, sind somit vermieden. Die vor liegende Anordnung des als Stromregelventil wirksamen Ring kolbens 7, ermöglicht sowohl die Beibehaltung eines in der Grundstellung offen geschalteten Ventilschließgliedes 3 wie auch die Beibehaltung eines für die Druckabbauphase geeigne ten Ventilschließgliedes 18, das gleichfalls als Sitzventil ausgeführt ist. Hierdurch ergibt sich ein besonders kompaktes Druckregelventil, das sowohl die Vorteile von elektromagne tisch stromlos offenen und stromlos geschlossenen Sitzventi len vereinigt, mit dem Vorteil, daß unter nahezu vollständi gem Ausschluß etwaiger Leckagen eine Volumstromregelfunktion sichergestellt ist, die sich durch eine besonders geräusch arme, einfache und sichere Funktion auszeichnet. Besonders vorteilhaft ist hierin die Verwendung einer analogen Ventil ansteuerung, die die bisher bekannte Stromregelfunktion bei 2/2-Wegeventilen für 3/3-Wegeventile mit druckausgeglichenem Sitzventilkörper ermöglicht. Da die Funktion des Ven tilschließgliedes 3 nahezu unabhängig vom Differenzdruck zwi schen Bremsdruckgeber 25 und Radbremse 24 ist, ergibt sich ein besonders schnell schaltendes Druckregelventil, so daß kleinere Ventilspulen 15 mit geringerem Leistungsbedarf zur Anwendung gelangen können. Ferner ist aufgrund der vorge schlagenen Druckregelung zwischen dem zweiten und dem dritten Druckmittelanschluß 6, 17 eine Vereinfachung der Elektronik möglich, da keine zusätzlichen elektrischen Aktuatoren zur Betätigung des als Kugelrückschlagventils wirksamen Ventil schließgliedes 18 erforderlich sind.

Bezugszeichenliste

1 Ventilgehäuse
2 Ventilstößel
3 Ventilschließglied
4 Absatz
5 Druckmittelverbindung
6 Druckmittelverbindung
7 Ringkolben
8 Druckfeder
9 Druckfeder
10 Bohrungsstufe
11 Ventilhülse
12 Magnetanker
13 Magnetkern
14 Druckraum
15 Ventilspule
16 Ringnut
17 Druckmittelanschluß
18 Ventilschließglied
19 Ringfilter
20 Plattenfilter
21 Absatz
22 Rückschlagmanschette
23 Meßblende
24 Radbremse
25 Bremsdruckgeber
26 Druckmittelsammler
27 Pumpe
28 Druckfeder
30 Blende

Claims

1. Druckregelventil, insbesondere elektrisch ansteuerbares Mehrwegeventil für hydraulische Kraftfahrzeugbremsanla gen mit Radschlupfregelung, mit einem im Ventilgehäuse axial beweglich angeordneten Ventilstößel, der in einer ersten Schaltstellung eine Druckmittelverbindung zwi schen einem in das Ventilgehäuse einmündenden ersten Druckmittelanschluß (Bremsdruckgeberanschluß) und einem in das Ventilgehäuse einmündenden zweiten Druckmittel anschluß (Radbremsanschluß) herstellt, der in einer zweiten Schaltstellung die Druckmittelverbindung zwi schen dem ersten Druckmittelanschluß (Bremsdruckgeber anschluß) und dem zweiten Druckmittelanschluß (Radbrems anschluß) trennt und der in einer dritten Schaltstellung eine Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten Druck mittelanschluß (Radbremsanschluß) und einem dritten Druckmittelanschluß (Druckmittelsammler) herstellt, wozu ein vom Ventilstößel axial verschiebbares Ventilschließ glied von seinem Ventilsitz abgehoben ist, dadurch ge kennzeichnet, daß ein weiteres Ventilschließglied (3) relativ zum Ventilstößel (2) verschiebbar im Ventilge häuse (1) angeordnet ist, das in einer ersten Betäti gungsstellung des Ventilstößels (2) eine ungehinderte Druckmittelverbindung zwischen dem ersten Druckmittel anschluß (5) und dem zweiten Druckmittelanschluß (6) herstellt, in einer weiteren Betätigungsstellung die Druckmittelverbindung zwischen dem ersten und zweiten Druckmittelanschluß (5, 6) unterbricht, wobei es mittels einer Meßblende (23) in der ersten Betätigungsstellung an einer Bohrungsstufe (10) einen den Druckmittelvolu menstrom zwischen dem ersten und zweiten Druckmittelan schluß (5, 6) einstellenden Ventilöffnungsquerschnitt aufweist.

2. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das weitere Ventilschließglied (3) als koaxial zum Ventilstößel (2) ausgerichtetes Sitzventil ausge bildet ist.

3. Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Ventilschließglied (3) an einem Ring kolben (7) angebracht ist, der in einem Druckraum (14) abgedichtet axialbeweglich geführt ist.

4. Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließglied (3) einen als Ringnut (16) verjüngten Übergangsbereich zum Ringkolben (7) aufweist, der in einer ersten Schalt stellung eine ungehinderte hydraulische Verbindung zwi schen einem ersten Druckmittelanschluß (5) und einem Druckraum (14) herstellt.

5. Druckregelvorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (7) eine Meßblende (23) aufweist, die an Absätzen (4, 21) des Ventilstößel- (2) und Ringkolbens (7) anliegt.

6. Druckregelvorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (7) beiderseits von Druckfedern (8, 28) beaufschlagt ist, die sich an den Druckraum (14) begrenzenden Stirnflächen abstützen.

7. Druckregelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß sich der Ventilstößel (2) koaxial zu den Druck federn (8, 28) und durch den Ringkolben (7) bis vor ein Ventilschließglied (18) erstreckt.

8. Druckregelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß in der elektromagnetisch nicht erregten Stellung des Magnetankers (12) die Druckfeder (8) den Ringkolben (7) mit dem Ventilstößel (2) in eine die Druckmittelverbindung zwischen dem Druckmittelanschluß (5) und dem zweiten Druckmittelanschluß (6) verbindende Schaltstellung bewegt.