DE60017981T2

DE60017981T2 - Schliessventilanker, ausgebildet zur Reduzierung der Bernoulli-Kraft während Normalbremsungen

Info

Publication number: DE60017981T2
Application number: DE60017981T
Authority: DE
Inventors: Leon Canton Leventhal; Shinva A. Ann Arbor Takada; John Royal Oak Hildebrand
Original assignee: Kelsey Hayes Co
Current assignee: Kelsey Hayes Co
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: EP1065116A2; DE60017981D1; JP2001055132A; EP1065116B1; EP1065116A3; US6471305B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein Fahrzeugbremssysteme und ist insbesondere mit der Bernoulli-Kraft während des Betriebes von Ventilen in hydraulischen Bremssystemen befasst.
Hydraulische Bremssysteme für Fahrzeuge sind wohlbekannt. Ein typisches hydraulisches Bremssystem umfasst einen Hauptzylinder, der über Fluidleitungen mit den Radbremsen verbunden ist. Der Hauptzylinder erzeugt durch Unterdrucksetzen von Bremsfluid hydraulische Kräfte, wenn der Fahrer auf das Bremspedal tritt. Während einer Normalbremsung bewegt sich das unter Druck stehende Fluid durch die Fluidleitungen, um Bremszylinder in den Radbremsen zu betätigen und das Fahrzeug zu verzögern.
Anti-Blockiersysteme (ABS) sind ein Merkmal vieler moderner hydraulischer Bremssysteme. Eine Hydrauliksteuereinheit (HCU – hydraulic control unit) oder -gehäuse, die/das Steuerventile und andere Komponenten, wie etwa Niederdruckspeicher und Pumpen enthält, befindet sich zwischen dem Hauptzylinder und den Radbremsanordnungen. Eine elektronische Steuereinheit, die mit verschiedenen Sensoren verbunden ist, betätigt zur selektiven Steuerung des Druckes zu den Radbremsanordnungen die HCU, um für eine angemessene Bremsreaktion zu sorgen.
Niederdruckspeicher sind in der HCU zwischen einem Steuerventil, das als Ablassventil bekannt ist, und einem Einlass einer Pumpe vorgesehen. Während eines Anti-Blockier-(ABS-)Vorfalls wird unter Druck stehendes Fluid aus einer Radbremse durch Öffnen eines Ablassventils abgelassen, so dass sich dieses Fluid zu einem Niederdruckspeicher bewegen kann. Im Niederdruckspeicher befindliches Fluid wird zu einem Einlass eines Steuerventils gepumpt, das als Absperrventil für Wiederanlegevorgänge des Bremssystems bekannt ist.
Während Bremsungen schließen und öffnen sich Absperrventile und Bernoulli-Kräfte im Fluid setzen dem Öffnen der Absperrventile Widerstand entgegen. Während einer Normalbremsung sind, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, diese Bernoulli-Kräfte unerwünscht, da sie dazu beitragen, die Absperrventile zu schließen und dadurch die Ansprechempfindlichkeit des Bremssystems und die zum vollständigen Anhalten des Fahrzeugs erforderliche Strecke beeinflussen. Im Gegensatz dazu sind während einer ABS- oder einer anderen gesteuerten Bremsung diese Bernoulli-Kräfte erwünscht, da sie die Magnetkraft reduzieren, die erforderlich ist, um das Ventil in einem teilweise geöffneten Zustand zu halten.
Aus der DE 35 34 665 A1 ist ein Zweistellungsmagnetventil bekannt, das einen Ventilkörper und einen Anker aufweist, der in Bezug auf den Ventilkörper verschiebbar angebracht ist, wobei der Anker ein Ventilende zum Steuern des Fluidflusses durch den Fluiddurchlass hat. Dieses Ventil zeigt ebenfalls den vorstehend beschriebenen Effekt, nämlich dass unerwünschte Bernoulli-Kräfte während Normalbremsungen auftreten und dazu beitragen, das Ventil zu schließen, wodurch die Ansprechempfindlichkeit des Bremssystems und die zum vollständigen Anhalten des Fahrzeugs erforderliche Strecke nachteilig beeinflusst werden.
WO98/40260 offenbart eine Hülse und eine Ankeranordnung eines Ventils für Fahrzeugbremssysteme gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Darüber hinaus beschreiben die US 4,865,399 und US 4,668,023 Absperrventile mit einem Ventilkörper und einem Anker, der bezüglich des Ventilkörpers verschiebbar angebracht ist. Auch diese Ventile sehen jedoch keine Maßnahmen vor, die verhindern, dass Bernoulli-Kräfte den Betrieb des Ventils während Normalbremsungen beeinflussen.
Als weitere Dokumente des Standes der Technik werden DE 21 34 967 , WO97/28999, EP 0 670 445 A1 , US 5,344,118 , GB 1,433,445 , GB 1,389,055 und US 4,439,279 genannt, welche Ventilanordnungen aufweisen, die den vorstehend in Bezug auf den Stand der Technik beschriebenen ähnlich sind und keine Maßnahmen vorsehen, die verhindern, dass Bernoulli-Krafteffekte den Betrieb dieser Ventile beeinflussen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist wünschenswert, die Absperrventilbetriebsgeschwindigkeit zu erhöhen sowie die Ansprechzeit und den Bremsweg während Normalbremsungen zu verbessern, ohne den Ventilbetrieb oder die Ventilleistung während gesteuerter Bremsungen zu unterbrechen.
Diese Aufgabe wird durch ein Absperrventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines Ventils gemäß Anspruch 7 gelöst.
Die vorliegende Erfindung sieht allgemein ein Absperrventil zur Verwendung in einer Hydrauliksteuereinheit für ein Fahrzeugbremssystem vor, wobei das Ventil umfasst: ein Ventilkörpergehäuse, das eine Ventilhöhlung festlegt, einen in der Ventilhöhlung angebrachten Ventilkörper, wobei der Ventilkörper einen durch ihn verlaufenden Fluideinlasskanal hat, und einen bezüglich des Ventilkörpers verschiebbar angebrachten Anker, wobei der Anker ein Ventilende zum Steuern von Fluidfluss durch den Fluidkanal und eine in dem Ventilende ausgebildete Nut aufweist. Das erfindungsgemäße Absperrventil ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilende eine ein Ventilglied aufnehmende Bohrung ausgebildet ist und die Nut in dem Ventilende mit einer ringförmigen Gestalt um die Bohrung ausgebildet ist, und dass die ringförmige Nut so dimensioniert ist, dass sie während Normalbremsungen, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, auf den Anker in einer Schließrichtung wirkende Bernoulli-Kraft im Wesentlichen eliminiert und dass Bernoulli-Kraft, die erzeugt wird, wenn das Ventil während einer gesteuerten Bremsung in einer teilgeöffneten Stellung gehalten wird, nicht eliminiert wird.
Die Erfindung sieht außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Absperrventils vor, das die Schritte umfasst: Bilden einer Ventilhöhlung in einem Ventilkörpergehäuse, Anbringen eines Ventilkörpers in der Ventilhöhlung, wobei der Ventilkörper einen durch ihn verlaufenden Fluideinlasskanal hat, Bilden eines Ankers mit einem Ventilende, das eine ein Ventilglied zum Steuern von Fluidfluss durch den Fluidkanal aufnehmende Bohrung hat, und Gestalten des Ventilendes mit einer Nut, die eine ringförmige Gestalt hat, um die Bohrung. Die ringförmige Nut ist so dimensioniert, dass sie während Normalbremsungen, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, auf den Anker in einer Schließrichtung wirkende Bernoulli-Kraft im Wesentlichen eliminiert und dass Bernoulli-Kraft, die erzeugt wird, wenn das Ventil während einer gesteuerten Bremsung in einer teilgeöffneten Stellung gehalten wird, nicht eliminiert wird.
Die Erfindung umfasst daher einen verbesserten Anker zur Verwendung in Absperrventilen in hydraulischen Bremssystemen. Der verbesserte Anker ist so geformt, dass er während einer Normalbremsung Bernoulli-Kräfte verringert, um die Ansprechzeit und den Bremsweg zu verbessern, ohne während gesteuerter Bremsungen erzeugte Bernoulli-Kräfte zu unterbrechen.
Das Absperrventil zum Steuern von Fluid in einem erfindungsgemäßen Fahrzeugbremssystem umfasst eine Magnetspulenanordnung und einen in der Magnetspulenanordnung beweglich angeordneten Anker. Bei einer Ausführungsform weist der Anker ein mit einem Kugelsitz in Eingriff kommendes Kugelende und eine am Kugelende befindliche Randnut auf, um die Bernoulli-Kraft zu modifizieren, die die Bewegung des Ankers beeinflusst, wenn die Magnetspulenanordnung deaktiviert ist.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht ein Absperrventil zur Verwendung in einer Hydrauliksteuereinheit für ein Fahrzeugbremssystem vor, wobei das Absperrventil ein Ventilkörpergehäuse umfasst, das eine Ventilhöhlung und einen in der Ventilhöhlung angebrachten Ventilschaft definiert. Der Ventilschaft weist einen durch ihn verlaufenden koaxialen Fluidkanal auf. Eine zylindrische Hülse ist an dem den Ventilschaft umgebenden Ventilkörper befestigt und ein Anker ist verschiebbar in der zylindrischen Hülse angebracht und durch eine Feder in eine normal offene Stellung vorgespannt. Der Anker weist ein Ventilende zum Steuern des Fluidflusses durch den koaxialen Fluidkanal und am Ventilende einen äußeren Absatz auf, um die Bernoulli-Kraft zu modifizieren, die die Bewegung des Ankers beeinflusst.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht ein Absperrventil zur Verwendung in einer Hydrauliksteuereinheit für ein Fahrzeugbremssystem vor, wobei das Absperrventil ein Ventilkörpergehäuse umfasst, das eine Ventilhöhlung und einen in der Ventilhöhlung angebrachten Ventilschaft definiert. Der Ventilschaft weist einen durch ihn verlaufenden koaxialen Fluidkanal auf. Eine zylindrische Hülse ist an dem den Ventilschaft umgebenden Ventilkörper befestigt und ein Anker ist verschiebbar in der zylindrischen Hülse angebracht und durch eine Feder in eine normal offene Stellung vorgespannt. Der Anker weist ein Ventilende zum Steuern des Fluidflusses durch den koaxialen Fluidkanal und am Ventilende eine ringförmige Höhlung auf, um die Bernoulli-Kraft zu modifizieren, die die Bewegung des Ankers beeinflusst.
Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht ein Absperrventil zur Verwendung in einer Hydrauliksteuereinheit für ein Fahrzeugbremssystem vor, wobei das Absperrventil ein Ventilkörpergehäuse umfasst, das eine Ventilhöhlung und einen in der Ventilhöhlung angebrachten Ventilschaft definiert. Der Ventilschaft weist einen durch ihn verlaufenden koaxialen Fluidkanal auf. Eine zylindrische Hülse ist an dem den Ventilschaft umgebenden Ventilkörper befestigt und ein Anker ist verschiebbar in der zylindrischen Hülse angebracht und durch eine Feder in eine normalerweise offene Stellung vorgespannt. Der Anker weist ein Ventilende zum Steuern des Fluidflusses durch den koaxialen Fluidkanal und am Ventilende eine ringförmige Höhlung und einen äußeren Absatz auf, um die Bernoulli-Kraft zu modifizieren, die die Bewegung des Ankers beeinflusst.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht ein Verfahren zum Herstellen eines Absperrventils zur Verwendung in einer Hydrauliksteuereinheit für ein Fahrzeugbremssystem vor, das die Schritte umfasst: Bilden einer Ventilhöhlung in einem Ventilkörpergehäuse, Anbringen eines in der Ventilhöhlung angebrachten Ventilschaftes, wobei der Ventilschaft einen durch ihn verlaufenden Fluidkanal hat, Anbringen einer zylindrischen Hülse in dem den Ventilschaft umgebenden Ventilkörper, Bilden eines Ankers mit einem Ventilende zum Steuern des Fluidflusses durch den koaxialen Fluidkanal und Gestalten des Ventilendes, um die Bernoulli-Kraft zu modifizieren, die die Bewegung des Ankers beeinflusst, Anbringen des gestalteten Ankers in der zylindrischen Hülse, so dass er verschiebbar und durch eine Feder in eine normal offene Stellung vorgespannt ist. Das Ventilende kann dazu ausgestaltet sein, die Bernoulli-Kraft mittels einer Randnut, einem äußeren Absatz, einer ringförmigen Höhlung oder einer Kombination aus einem äußeren Absatz und einer ringförmigen Höhlung zu modifizieren.
Verschiedene Ziele und Vorteile der Erfindung gehen für Fachleute auf dem Gebiet aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen hervor, wenn diese im Lichte der begleitenden Zeichnungen gelesen wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Kreislaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbremssystems, das einen Niederdruckspeicher, ein Ablassventil, ein Absperrventil und eine Pumpe in einer Hydrauliksteuereinheit zeigt.
2 ist eine Teilschnittansicht einer Hydrauliksteuereinheit, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Absperrventils zeigt.
3 ist eine Teilansicht einer CFD-Simulation des Randes eines Ankers ohne erfindungsgemäße Randnut, wobei sich der Anker während einer Normalbremsung in der geöffneten Stellung befindet.
4 ist eine Teilansicht einer CFD-Simulation des Randes eines Ankers mit einer erfindungsgemäßen Randnut, wobei sich der Anker während einer Normalbremsung in der geöffneten Stellung befindet.
5 ist eine Teilansicht einer CFD-Simulation des Randes eines Ankers ohne erfindungsgemäße Randnut, wobei sich der Anker während einer gesteuerten Bremsung in der teilgeöffneten Stellung befindet.
6 ist eine Teilansicht einer CFD-Simulation des Randes eines Ankers mit einer erfindungsgemäßen Randnut, wobei sich der Anker während einer gesteuerten Bremsung in der teilgeöffneten Stellung befindet.
7 und 8 sind Seiten- und Endschnittansichten eines Ankers mit einer erfindungsgemäßen Randnut.
9 und 10 sind Seiten- und Endschnittansichten eines Ankers mit einem erfindungsgemäßen äußeren Absatz.
11 und 12 sind Seiten- und Endschnittansichten eines Ankers mit einer erfindungsgemäßen ringförmigen Höhlung.
13 und 14 sind Seiten- und Endschnittansichten einer erfindungsgemäßen ringförmigen Höhlung und eines erfindungsgemäßen äußeren Absatzes.
15 ist eine Teilansicht einer CFD-Simulation des Randes eines Ankers ohne Nut nahe der erfindungsgemäßen Kugel, wobei sich der Anker während einer Normalbremsung in der geöffneten Stellung befindet.
16 ist eine Teilansicht einer CFD-Simulation des Randes eines Ankers mit einer Nut nahe der erfindungsgemäßen Kugel, wobei sich der Anker während einer Normalbremsung in der geöffneten Stellung befindet.
17 ist eine Teilansicht einer CFD-Simulation des Randes eines Ankers ohne Nut nahe der erfindungsgemäßen Kugel, wobei sich der Anker während einer gesteuerten Bremsung in der teilgeöffneten Stellung befindet.
18 ist eine Teilansicht einer CFD-Simulation des Randes eines Ankers mit einer Nut nahe der erfindungsgemäßen Kugel, wobei sich der Anker während einer gesteuerten Bremsung in der teilgeöffneten Stellung befindet.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeugbremssystem ist in 1 allgemein unter 10 dargestellt. Das System 10 umfasst Steuerventile und andere nachfolgend beschriebene Komponenten, um Anti-Blockierbremsfunktionen vorzusehen. Bei anderen Ausführungsformen kann das System 10 auch Komponenten umfassen, um Traktionskontrollfunktionen und/oder Fahrzeugstabilitätskontrollfunktionen bereitzustellen.
Bei dem System 10 ist ein Bremspedal 12 mit einem Hauptzylinder 14 verbunden, um einer Radbremse 16 unter Druck stehendes Bremsfluid zuzuführen. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Radbremse 16 als Scheibenanordnung dargestellt, die Radbremse 16 kann jedoch von jeder in Fahrzeugen üblichen Art sein.
Eine Hydrauliksteuereinheit (HCU) 18 ist ein Gehäuse mit Bohrungen zur Aufnahme von Steuerventilen und anderen nachfolgend beschriebenen Komponenten. Fluiddurchgänge oder -kanäle sind zwischen den Bohrungen vorgesehen, um zwischen den Steuerventilen und anderen Komponenten eine Fluidverbindung herzustellen. Aus Gründen der klareren Darstellung ist nur ein Komponentensatz in der schematischen Darstellung von 1 gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass die HCU 18 auch entsprechende Komponenten für andere Kreisläufe und/oder Räder des Fahrzeuges enthalten kann.
Die HCU 18 umfasst ein normal offenes Steuerventil 20, das üblicherweise als Absperrventil bezeichnet wird, und ein normal geschlossenes Steuerventil 22, das allgemein als Ablassventil bekannt ist, welche zwischen dem Hauptzylinder 14 und der Radbremse 16 angeordnet sind. Ein Niederdruckspeicher 24 ist zwischen dem Ablassventil 22 und einer sich hin- und herbewegenden Hydraulikpumpe 26 angeordnet. Die Pumpe 26 wird durch einen Elektromotor (nicht gezeigt) angetrieben. Eine Dämpfungseinrichtung 28 ist in der HCU 18 zwischen einem Auslass der Pumpe 26 und einem Einlass des Absperrventils 20 angeordnet. Die Dämpfungseinrichtung 28 dämpft die aus der Pumpe 26 austretenden Fluidstöße.
Sowohl das Absperrventil 20 als auch das Ablassventil 22 sind bevorzugt als Elektromagnetventile ausgebildet, die zwischen zwei Stellungen umschaltbar sind. Die Ventile 20 und 22 sowie die Pumpe 26 sind elektrisch mit einem elektronischen Steuermodul (nicht gezeigt) verbunden und werden so betrieben, dass sie nach Be darf für eine Anti-Blockierbremsung oder andere Arten von gesteuerten Bremsungen sorgen.
Wenn das Absperrventil arbeitet, wird der Weg des durch das Ventil fließenden Fluids verändert, wodurch Bernoulli-Kräfte erzeugt werden, die dem Öffnen des Absperrventils Widerstand entgegensetzen. Wie vorstehend erwähnt, müssen diese Bernoulli-Kräfte während Normalbremsungen durch den Absperrventilmechanismus überwunden werden, was zusätzliche Zeit und Kraft erfordert (Faktoren, die die Gesamtleistung des hydraulischen Bremssystems beeinflussen).
Im Gegensatz dazu muss während einer gesteuerten Bremsung, wie etwa einer ABS-Bremsung, der Absperrventilmechanismus das Ventil in einem teilweise geöffneten Zustand halten. Während einer gesteuerten Bremsung halten Bernoulli-Kräfte das Ventil in vorteilhafter Weise teilweise offen, wodurch die Beanspruchung der Spule verringert wird.
2 zeigt ein Absperrventil 20. Das Absperrventil 20 weist einen zylindrischen Ventilkörper 100 mit einem radialen Flansch 102 auf. Der Ventilkörper 100 weist einen durch ihn verlaufenden koaxialen Fluidkanal 104 auf, der an seinem oberen Ende in einem konischen Ventilsitz 106 endet. Das untere Ende des Ventilkörpers 100 hat einen Abschnitt 108 verkleinerten Durchmessers, der nahe seinem unteren Ende eine ringförmige Arretiereinrichtung 110 aufweist. Eine Filteranordnung 112 mit einem Filter 114 ist über dem Abschnitt 108 verkleinerten Durchmessers des Ventilkörpers 100 aufgenommen. Die Filteranordnung 112 weist eine innere Aussparung 116 auf, in der die ringförmige Arretiereinrichtung 110 aufgenommen ist, um die Filteranordnung 112 mit dem Ende des Ventilkörpers 100 so zu verrasten, dass der Filter 114 das untere Ende des koaxialen Fluidkanals 104 abdeckt.
Eine zylindrische Hülse 120 weist ein offenes unteres Ende und ein geschlossenes oberes Ende 122 auf. Das offene Ende ist mit dem Ventilkörper 100 laserverschweißt, wodurch dazwischen eine fluiddichte Abdichtung bereitgestellt wird. Der Ventilkörper 100 hat einen Abschnitt 118 verkleinerten Durchmessers, über dem das offene Ende der Hülse 120 aufgenommen ist.
Ein Anker 124 ist verschiebbar in der Hülse 120 angebracht. Der Anker 124 weist einen ringförmigen Flansch 126 und eine Axialbohrung 128 auf, in der ein Ventilglied aufgenommen ist, das so bemessen ist, dass es mit dem Ventilsitz 106 in Eingriff gerät und das obere Ende des koaxialen Fluidkanals 104 blockiert.
Das Ventilglied ist vorzugsweise eine Kugel 130. Die Kugel 130 ist im Wesentlichen unverformbar, z.B. eine Stahlkugel. Eine Schraubenfeder 132 ist zwischen dem oberen Ende des Ventilkörpers 100 und dem Flansch 126 angeordnet und spannt elastisch den Anker 124 weg vom Ventilkörper 100 und die Kugel 130 weg vom Ventilsitz 106 vor. Wie angegeben, weisen der Anker 124 und der Flansch 126 Durchgangsschlitze 127 auf, die zwischen dem Flansch 126 und dem geschlossenen Ende 122 der zylindrischen Hülse 100 einen Fluiddurchgang bereitstellen. Die Schlitze 127 verhindern einen Fluidabsperrzustand, der die schnelle Verschiebung des Ankers 124 in Bezug auf den Ventilkörper 100 hemmt.
Eine Spulenanordnung, wie etwa die in 2 gezeigte Spulenanordnung 40, ist verschiebbar über der zylindrischen Hülse 120 aufgenommen, wobei ein Magnetflussring 164 in engem Gleiteingriff mit dem Ventilkörperabschnitt 118 steht. Wahlweise kann, zur Anpassung von Herstellungstoleranzen, ein kleiner Zwischenraum zwischen dem Magnetflussring 164 und der Hülse 120 zugelassen werden. Die Spulenanordnung 40 ist, wenn sie mit Energie versorgt wird, dazu in der Lage, ein Magnetfeld zu erzeugen, das den Anker 124 zum Ventilkörper 100 verschiebt, was bewirkt, dass die Kugel 130 auf dem Ventilsitz 106 aufsetzt. Das Aufsetzen der Kugel 130 auf dem Ventilsitz 106 beendet den Fluidfluss zwischen dem axialen Fluideinlasskanal 104 und einem Auslassdurchgang 134, der im Ventilkörpergehäuse 30 ausgebildet ist, durch die im Ventilkörper 100 ausgebildeten inneren Durchgänge 136. Der Fluidauslassdurchgang 134 ist mit einer zugeordneten, mit einem Gewinde versehenen Öffnung und dem Einlass des zugeordneten Halte-/Ablassventils 22 verbunden, wie in 1 gezeigt.
Wie vorstehend ausgeführt, umfasst die Spulenanordnung 40 einen ringförmigen Magnetflussring 164, der an dem nahe dem Ventilkörpergehäuse 30 befindlichen Ende angeordnet ist. Der Magnetflussring 164 (wie genauer in dem US-Patent Nr. 5,439,279 gleichen Inhabers ausgeführt) erhöht die Stärke des auf den Anker 124 wirkenden Magnetfeldes und verringert den Strom, der zum Erzeugen eines Magnetfeldes mit ausreichender Stärke, um den Anker 124 gegen die Kraft der Feder 132 zu verschieben, erforderlich ist.
Der Ventilkörper 100 weist ferner eine ringförmige Nut 138 auf, in der eine Einwegdichtung 140 aufgenommen ist, um einen Fluidfluss vom inneren Einlassdurchgang 142 des Ventilkörpergehäuses 30 zum Auslassdurchgang 134 zu verhindern. Der innere Einlassdurchgang 142 stellt die Verbindung zwischen einer zugeordneten, mit einem Gewinde versehenen Öffnung und einem Hauptbremszylinder 16 sowie dem Auslass der Pumpe 26 her, wie in 1 gezeigt.
Erfindungsgemäß kann eine Vielzahl von Ausgestaltungen um das Ende des Ankers 124, etwa eine Randnut 31, wie in 2 gezeigt, zum Modifizieren des Fluidflusses ausgebildet werden, um die Bernoulli-Kräfte während Normalbremsungen zu reduzieren und dadurch die Ansprechzeit zu verbessern und den erforderlichen Bremsweg zu verkürzen.
Die 3–6 zeigen rechnerische Analysemodelle der Dynamik flüssiger Körper (computational fluid dynamic (CFD) analysis models) von Absperrventilen, denen am Endstück des Ankers eine Variation fehlt, und von solchen, die im Endstück des Ankers eine Randnut 31 aufweisen. Die in den 3–6 gezeigten Komponenten, mit Ausnahme der in den 3 und 5 gezeigten Anker, sind in Gestalt und Betrieb mit den Komponenten des Absperrventils gemäß 2 identisch und mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
3 zeigt eine Simulation einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Anker 124 eine Kugel 130 als Ventilglied aufweist, die in einen Ventilsitz 106 passt. Der Anker 124 ist in einer normal offenen Stellung abgebildet, die eine Fluidverbindung zwischen dem koaxialen Durchflusskanal 104 und dem inneren Durchgang 136 ermöglicht. Während einer Normalbremsung nach dem Schließen des Absperrventils 20 wurde festgestellt, dass eine Bernoulli-Schließkraft von 3,70 Newton dazu beitrug, den Anker auf eine geschlossene Stellung zu zu bewegen. Das Überwinden dieser Kraft erforderte zusätzliche Zeit, was die Gesamtbremsleistung des hydraulischen Bremssystems beeinflusste.
4 zeigt eine Simulation einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Anker 124 mit einer Randnut 31 ausgestaltet wurde (vgl. 2). Wie in 3, ist der Anker 124 gemäß 4 normal offen, wie in 3 gezeigt, was eine Fluidverbindung zwischen dem koaxialen Durchflusskanal 104 und dem inneren Durchgang 136 ermöglicht. Der genaue Aufbau eines tatsächlichen Ankers 124 mit einer Randnut ist in den 7 und 8 in Seiten- und Endschnittansicht gezeigt.
Während einer Normalbremsung nach dem Schließen des Absperrventils 20 wurde festgestellt, dass, bei einem Absperrventil mit einer Randnut 31, die Randnut 31 die Bernoulli-Kraft verringerte. Tatsächlich führte die Hinzufügung der Randnut 31 zum Anker 124 zu einer Bernoulli-Öffnungskraft von 0,3 Newton. (Somit wurde die Ge genkraft durch eine Kraft von 0,3 Newton ersetzt, die in dieselbe Richtung wie die Bewegung des Ankers 124 in die vollständig geöffnete Stellung wirkte, wie in 4 gezeigt.) Diese Eliminierung der Widerstand entgegensetzenden Bernoulli-Kraft und die Etablierung einer positiv wirkenden Bernoulli-Kraft führen zu einer schnelleren Bremsung und einem verkürzten Bremsweg.
5 zeigt eine Simulation desselben Ankers wie in 3 in einer teilgeöffneten Stellung, wie sie während einer gesteuerten Bremsung auftritt. Während einer gesteuerten Bremsung, wie etwa einer ABS-Bremsung, wurde festgestellt, dass einer teilweisen Öffnung des Absperrventils mit einem Anker ohne Randnut durch eine Bernoulli-Schließkraft von 4,66 Newton Widerstand entgegensetzt wurde.
6 zeigt eine Simulation einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Anker 124 mit einer Randnut 31 ausgestaltet wurde (vgl. 2). Im Gegensatz zur Wirkung einer Randnut während einer Normalbremsung wird während einer gesteuerten Bremsung die Bernoulli-Kraft, die erzeugt wird, wenn das Absperrventil teilweise offen ist, nicht eliminiert. Tatsächlich wurde festgestellt, dass, bei einem Absperrventil mit einer Randnut 31, der Bewegung des Ankers 124 aus einer geschlossenen Stellung durch eine Bernoulli-Schließkraft von 4,32 Newton Widerstand entgegengesetzt wurde. Somit veränderte das Vorhandensein der Randnut 31 die vorteilhafte Wirkung unerheblich, die sich von der Bernoulli-Kraft während gesteuerter Bremsungen herleitete.
Die Ergebnisse der einzelnen Prüfungen sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1
Zusammenfassend zeigt das Absperrventil ohne Randnut während einer Normal- oder Basisbremsung eine Bernoulli-(Schließ-)Kraft von 3,7 N, wenn das Ventil auf einen Abstand von 0,6 mm vollständig geöffnet ist. Im Gegensatz dazu zeigt das Absperrventil mit der Randnut 31 eine Bernoulli-(Öffnungs-)Kraft von 0,3 N, wenn das Ventil auf einen Abstand von 0,6 mm geöffnet ist. Während einer gesteuerten Bremsung, etwa einer ABS-Bremsung, zeigt das Absperrventil ohne Randnut eine Bernoulli-(Schließ-)Kraft von 4,66 N, wenn das Ventil auf einen Abstand von 0,1 mm teilgeöffnet ist. Im Gegensatz zu der während einer Normalbremsung auftretenden Wirkung, wird die erzeugte erwünschte Bernoulli-Kraft während einer gesteuerten Bremsung unerheblich durch die Randnut verändert. Das Absperrventil mit der Randnut 31 zeigt vielmehr eine Bernoulli-(Schließ-)Kraft von 4,32 N, wenn das Ventil auf einen Abstand von 0,1 mm geöffnet ist.
Die 9–14 zeigen zusätzliche Ausgestaltungen des Ankers, die die Bernoulli-Kraft während Normalbremsungen in der gewünschten Weise reduzieren, ohne die während einer gesteuerten Bremsung erzeugte Bernoulli-Kraft signifikant zu verändern, und zwar analog zu der vorstehend unter Bezugnahme auf einen Anker mit einer Randnut beschriebenen Weise.
Genauer stellen die 9 und 10 Seiten- und Endschnittansichten eines Ankers dar mit einem äußeren Absatz 32, einem Anker 124, einem Flansch 126, Axialnuten 127 und einer Axialbohrung 128, die 11 und 12 Seiten- und Endschnittansichten eines Ankers mit einer ringförmigen Höhlung 33, einem Anker 124, einem Flansch 126, Axialnuten 127 und einer Axialbohrung 128 und die 13 und 14 Seiten- und Endschnittansichten eines Ankers mit einem äußeren Absatz 32 und einer ringförmigen Höhlung 33, einem Anker 124, einem Flansch 126, Axialnuten 127 und einer Axialbohrung 128.
Die 15–18 zeigen zusätzliche rechnerische Analysemodelle der Dynamik fluider Körper (CFD-Analysemodelle) von erfindungsgemäßen Absperrventilen. 15 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Anker 124 keine Endnut oder andere Ausgestaltung aufweist. Der Anker 124 ist in der normal offenen Stellung dargestellt. Während einer Normalbremsung nach dem Schließen des Absperrventils ist die Ablaufrichtung des Fluids durch den Pfeil 150 angezeigt und verläuft im Wesentlichen parallel zur planaren Unterseite des Ankers 124 während es sich vom Kanal 104 zum Durchgang 136 bewegt. Eine relativ große Bernoulli-Schließkraft (ungefähr 3,70 Newton), die durch den Pfeil 152 angezeigt ist, trug dazu bei, den Anker 124 in die geschlossene Stellung zu bewegen.
16 zeigt eine Ausführungsform des Ankers, bei der nahe der Kugel 130 im Anker 124 eine Endnut ausgebildet ist. Die Endnut kann ähnlich der in den 13 und 14 gezeigten ringförmigen Höhlung 33 ausgeführt sein. Wie in 15, ist der Anker 124 normal offen, was eine Fluidverbindung zwischen dem Kanal 104 und dem Durchgang 136 ermöglicht. Die Ablaufrichtung des Fluids ist durch den Pfeil 154 angezeigt und verläuft von der Unterseite des Ankers 124 weg schräg nach unten. Eine relativ große Bernoulli-Öffnungskraft (ungefähr 7,10 Newton), die durch den Pfeil 156 angezeigt ist, trug dazu bei, den Anker 124 zu öffnen. Diese Öffnungskraft 156 ersetzt die Schließkraft 152, die bei dem Absperrventil ohne Höhlung 33 auftritt.
17 zeigt denselben Anker wie in 15 in einer teilgeöffneten Stellung, wie sie während einer gesteuerten Bremsung auftritt. Während einer gesteuerten Bremsung, etwa einer ABS-Bremsung, wurde eine Bernoulli-Schließkraft (ungefähr 4,10 Newton) erzeugt, die durch den Pfeil 160 angezeigt ist. Der sich zum Durchgang 136 erstreckende Pfeil 162 zeigt die Ablaufrichtung an.
18 zeigt denselben Anker wie in 16 in einer teilgeöffneten Stellung, wie sie während einer gesteuerten Bremsung auftritt. Eine vorteilhafte Bernoulli-Schließkraft (ungefähr 3,10 Newton) ist durch den Pfeil 164 angezeigt. Die Ablaufrichtung ist durch den sich zum Durchgang 136 erstreckenden Pfeil 166 angezeigt und umgeht die Nut 33.
Somit verbessert eine Endnut 33 oder Ausgestaltung in der Endfläche des Ankers nahe der Kugel 130 eine Schließkraft für Basisbremsanwendungen, ohne eine Schließkraft für ABS-Bremsungen erheblich zu beeinflussen. Diese Ausführung reduziert Störgeräusche und Vibrationen, die durch das Absperrventil entstehen. Die spezifische Größe der Nut 33 kann verändert werden, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren zum Herstellen eines Absperrventils zur Verwendung in einer Hydrauliksteuereinheit für ein Fahrzeugbremssystem vor. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bilden einer Ventilhöhlung in einem Ventilkörpergehäuse, Anbringen eines Ventilschaftes in der Ventilhöhlung, wobei der Ventilschaft einen durch ihn verlaufenden koaxialen Fluidkanal hat, Anbringen einer zylindrischen Hülse an dem den Ventilschaft umgebenden Ventilkörper, Bilden eines Ankers mit einem Ventilende zum Steuern des Fluidflusses durch den koaxialen Fluidkanal, Gestalten des Ventilendes, um die Bernoulli-Kraft zu modifizieren, die die Bewegung des Ankers beeinflusst, und Anbringen des gestalte ten Ankers in der zylindrischen Hülse, so dass er verschiebbar und durch eine Feder in eine normalerweise geöffnete Stellung vorgespannt ist.
Die Ventilhöhlung kann im Ventilkörper und Ventilschaftgehäuse unter Verwendung eines beliebigen zweckmäßigen Verfahrens, wie etwa Bohren oder Gießen, ausgebildet werden. In ähnlicher Weise kann der Anker unter Verwendung üblicher Bearbeitungsverfahren gegossen und gestaltet werden. Alternativ könnte der Anker unter Verwendung eines Metallspritzgussverfahrens (MIM – Metal Injection Molding) oder eines ähnlichen Verfahrens in der gewünschten Konfiguration ausgebildet werden.
Die Ausgestaltung des Ventilendes, die zur Modifizierung der Bernoulli-Kraft verwendet wird, kann jede beliebige der hierin beschriebenen Ausgestaltungen (etwa eine Randnut, ein äußerer Absatz oder eine ringförmige Höhlung) oder eine Kombination der Ausgestaltungen (etwa ein äußerer Absatz und eine ringförmige Höhlung) sein.
Das Prinzip und die Betriebsweise der Erfindung wurden anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen erläuert und dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch anders als spezifisch ausgeführt und dargestellt in die Praxis umgesetzt werden kann, ohne ihren Schutzumfang, wie in den anhängigen Ansprüchen dargelegt, zu verlassen.

Claims

Absperrventil (20) zur Verwendung in einer Hydrauliksteuereinheit für ein Fahrzeugbremssystem, wobei das Ventil (20) aufweist: ein Ventilkörpergehäuse, das eine Ventilhöhlung (146) festlegt, einen in der Ventilhöhlung (146) angebrachten Ventilkörper (100), wobei der Ventilkörper (100) einen durch ihn verlaufenden Fluideinlasskanal (104) hat, einen bezüglich des Ventilkörpers (100) verschiebbar angebrachten Anker (124), wobei der Anker (124) ein Ventilende zum Steuern von Fluidfluss durch den Fluidkanal (104) und eine in dem Ventilende ausgebildete Nut aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilende eine ein Ventilglied (130) aufnehmende Bohrung (128) ausgebildet ist und die Nut in dem Ventilende mit einer ringförmigen Gestalt um die Bohrung (128) ausgebildet ist, und dass die ringförmige Nut so dimensioniert ist, dass sie während Normalbremsungen, wenn das Ventil (20) vollständig geöffnet ist, auf den Anker (124) in einer Schließrichtung wirkende Bernoulli-Kraft im Wesentlichen eliminiert und dass Bernoulli-Kraft, die erzeugt wird, wenn das Ventil (20) während einer gesteuerten Bremsung in einer teilgeöffneten Stellung gehalten wird, nicht eliminiert wird.
Ventil (20) nach Anspruch 1, bei dem die ringförmige Nut eine Randnut (31) ist.
Ventil (20) nach Anspruch 1, bei dem die ringförmige Nut eine ringförmige Höhlung (33) ist.
Ventil (20) nach Anspruch 1, bei dem die ringförmige Nut durch einen äußeren Absatz (32) gebildet ist.
Ventil (20) nach Anspruch 1, bei dem die ringförmige Nut in einem Abstand von der Bohrung (128) angeordnet ist.
Ventil (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Ventilglied eine Kugel (130) ist, insbesondere eine Stahlkugel.
Verfahren zum Herstellen eines Absperrventils (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung in einer Hydrauliksteuereinheit für ein Fahrzeugbremssystem, mit den Schritten: Bilden einer Ventilhöhlung (146) in einem Ventilkörpergehäuse, Anbringen eines Ventilkörpers (100) in der Ventilhöhlung (146), wobei der Ventilkörper (100) einen durch ihn verlaufenden Fluideinlasskanal (104) hat, Bilden eines Ankers (124) mit einem Ventilende, das eine ein Ventilglied (130) zum Steuern von Fluidfluss durch den Fluidkanal (104) aufnehmende Bohrung (128) hat, und Gestalten des Ventilendes mit einer Nut, die eine ringförmige Gestalt hat, um die Bohrung (128), wobei die ringförmige Nut so dimensioniert ist, dass sie während Normalbremsungen, wenn das Ventil (20) vollständig geöffnet ist, auf den Anker (124) in einer Schließrichtung wirkende Bernoulli-Kraft im Wesentlichen eliminiert und dass Bernoulli-Kraft, die erzeugt wird, wenn das Ventil (20) während einer gesteuerten Bremsung in einer teilgeöffneten Stellung gehalten wird, nicht eliminiert wird.
Verfahren zum Herstellen eines Absperrventils (20) nach Anspruch 7, bei dem die ringförmige Nut in dem Ventilende als eine Randnut (31) gestaltet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Absperrventils (20) nach Anspruch 7, bei dem die ringförmige Nut in dem Ventilende durch einen äußeren Absatz (32) gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Absperrventils (20) nach Anspruch 7, bei dem die ringförmige Nut in dem Ventilende als eine ringförmige Höhlung (33) gestaltet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Absperrventils (20) nach Anspruch 7, bei dem die ringförmige Nut in dem Ventilende in einem Abstand von der Bohrung (128) angeordnet ist.