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Diese Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an
elektromagnetisch betätigten Fluid-Durchflußregelventilen.
Insbesondere handelt die Erfindung von elektromagnetisch betätigten
Durchflußregelventilen zur Verwendung in hydraulischen
Antiblockierbremssystemen für Fahrzeuge.
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EP-A-0 202 845 offenbart ein Antiblockierbremssystem für
ein Fahrzeug, bei dem ein elektromagnetisch betätigtes
Durchflußregelventil das Verhalten eines gebremsten Rades als
Antwort auf Signale von einem eine Radgeschwindigkeit abfühlenden
Mittel steuert. Das elektromagnetisch betätigte
Durchflußregelventil enthält eine Dosierspule, die in einer Bohrung in einem
Gehäuse bewegbar ist, um die Abgabe von Fluid von der Bremse
und die Rate einer erneuten Betätigung nach einer Raderholung
durch einen Strom durch Öffnungen in der Spule zu steuern, der
zwischen der Spule und der Bohrung definiert wird.
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Die Herstellung des Ventils aus EP-A-0 202 845 ist aufgrund
von Bearbeitungsvorgängen teuer und kompliziert, die
erforderlich sind, um die notwendigen Toleranzen einzuhalten und
geeignete Oberflächenbeschaffenheiten zu erreichen.
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Aus EP-A-0 251 519 ist bekannt, die Spule eines
Durchflußregelventils durch ein elektromagnetisch betätigtes Ventil mit
einer zentralen Bohrung und einem Durchgang in der zentralen
Bohrung und einem ersten und einem zweiten Anker zu ersetzen,
die an gegenüberliegenden Enden der zentralen Bohrung
angeordnet sind. Das erste Ventil ist an einem Ende des Durchgangs
vorgesehen und umfaßt ein Ventilteil auf dem ersten Anker, das
mit der ersten Sitzfläche auf dem Kern zusammenwirken kann, und
ein zweites Ventil ist an oder nahe dem gegenüberliegenden Ende
des Kerndurchgangs vorgesehen. Ein einen veränderlichen
Begrenzer definierendes Mittel ist als Antwort auf eine Bewegung des
ersten Ventilteils in bezug auf die Ventilsitzfläche
betreibbar, und einen unveränderlichen Fluidbegrenzer definierende
Mittel wirken der Reihe nach mit dem veränderlichen Begrenzer
zusammen.
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WO-A-92/08632 offenbart ein anderes elektromagnetisch
betätigtes Fluid-Durchflußregelventil. Diese Offenbarung bildet die
Grundlage für den Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieses Ventil
leidet unter den gleichen Nachteilen wie das Ventil aus EP-A-0
202 845.
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Gemäß unserer Erfindung wird ein elektromagnetisch
betätigtes Fluid-Durchflußregelventil geschaffen, das eine Magnetspule
aufweist, einen einzigen Anker, einen Ventilaufbau, eine
Sitzfläche, ein festes Gehäuse mit einer Bohrung, ein in der
Bohrung arbeitendes druckempfindliches Teil, eine Austrittsöffnung
stromabwärts der Sitzfläche, wobei die Bohrung eine
Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung aufweist und der Anker auf eine
Erregung der Spule anspricht, um einen Druckunterschied über das
druckempfindliche Teil zu bestimmen und die Austrittsöffnung zu
öffnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzfläche einen
integralen Teil des Gehäuses bildet und daß der Ventilaufbau einen
hohlen Ventilkörper und einen verschiebbar um den Ventilkörper
angebrachten Ventilkopf aufweist, wobei der Ventilkopf eine
Sitzfläche aufweist, der Ventilkörper als Antwort auf den auf
das druckempfindliche Teil wirkenden Druckunterschied bezüglich
des Gehäuses in der Bohrung axial bewegbar ist, der
Ventilkörper und der Ventilkopf in der Bohrung axial bewegbar sind,
wobei der Ventilkopf bezüglich der Sitzfläche der Bohrung
bewegbar ist und der Ventilkörper zwischen einer ersten, einer
zweiten und einer dritten Stellung bewegbar ist, worin in der
ersten Stellung die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung
miteinander in Verbindung stehen und von der Austrittsöffnung isoliert
sind, wobei der Ventilkopf an der Sitzfläche des Ventilkörpers
anliegt, in der zweiten Stellung sich der Ventilaufbau nach
einer Erregung der Magnetspule als Ganzes in der Bohrung derart
bewegt hat, daß der Ventilkopf mit der Sitzfläche der Bohrung
in Eingriff steht, um die Einlaßöffnung von der Auslaßöffnung
zu isolieren, und in der dritten Stellung sich die Sitzfläche
des Ventilkörpers von dem Ventilkopf weg bewegt hat, um die
Auslaßöffnung mit der Austrittsöffnung in Verbindung zu
bringen.
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Wenn das Durchflußregelventil in einem hydraulischen
Antiblockierbremssystem eines Fahrzeugs eingebaut ist, ist somit
die Einlaßöffnung mit einem Hauptzylinder verbunden, ist die
Auslaßöffnung mit der Bremse verbunden, und ist die
Austrittsöffnung mit einer Ausdehnungskammer verbunden. Normalerweise
ist zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung eine freie
bzw. ungestörte Verbindung vorgesehen, und die Austrittsöffnung
wird durch Schließung des Auslaßventils geschlossen. Als
Antwort auf ein Blockier- bzw. Rutschsignal wird die Magnetspule
erregt, um das Auslaßventil zu öffnen, und auf eine
Anfangsbewegung des Ventilaufbaus hin wird der Hauptzylinder von der
Bremse isoliert, wobei dann die Bremse zur Ausdehnungskammer
entleert wird. Auf ein erneutes Betätigen der Bremse hin nach
einer Korrektur eines Blockierens bzw. Rutschens wird die
Magnetspule abgeschaltet, und eine Pumpe zieht aus der
Ausdehnungskammer Fluid, um es zurück in die Hauptzylinderschaltung
zu pumpen, wobei die Bremsen bei einer Rate erneut betätigt
werden, die durch einen Strom durch eine unveränderliche
Öffnung und durch eine veränderliche Öffnung bestimmt ist.
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Das druckempfindliche Teil kann eine durchbiegungsfähige
Lamelle mit einer Öffnung durch sie hindurch umfassen, um eine
unveränderliche Öffnung zu definieren, und die veränderliche
Öffnung wird durch Zusammenwirken der Lamelle und einer Öffnung
in dem von dem Anker entfernten Ende des Ventilkörpers
definiert.
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In einem anderen Aufbau umfaßt das druckempfindliche Teil
eine nicht durchbiegungsfähige Platte, die axial verschiebar
ist, und ein mit dem Umfangsrand der Platte zusammenwirkendes,
elastisches Teil unterstützt eine Abdichtung zwischen der
Platte und dem Gehäuse und schafft auch eine Nachgiebigkeit, wenn
über die Platte ein Druckunterschied angelegt wird, um ihr eine
ausreichende Verschiebung zu ermöglichen, damit sie gegen die
Sitzfläche auf dem Ventilkörper abdichtet.
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Das Fluid-Durchflußregelventil gemäß der Erfindung ist
einfach und billig herzustellen. Es ist keine
Hochpräzisionsbearbeitung erforderlich. Mit Ausnahme des Gehäuses kann die
Mehrzahl der Komponenten aus einem Kunststoffmaterial hergestellt
werden, was wiederum das Gewicht eines bestimmten Aufbaus
verringert.
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Zwei Ausführungsformen unserer Erfindung sind in den
beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht, in denen:
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Figur 1 eine Darstellung eines hydraulischen
Antiblockierbremssystems für ein Fahrzeug ist;
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Figur 2 ein Schnitt durch ein abgewandeltes
Fluid-Durchflußregelventil zur Verwendung in dem Bremssystem von Figur
1 ist; und
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Figur 3 ein Schnitt durch ein anderes
Fluid-Durchflußregelventil zur Verwendung in dem Bremssystem von Figur 1 ist.
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Das in der Darstellung von Figur 1 veranschaulichte
Antiblockierbremssystem umfaßt einen durch ein Pedal betätigten
Hauptzylinder 1 zum Betätigen einer Bremse 2 an einem Rad 3
eines Fahrzeugs durch ein Fluid-Durchflußregelventil 4. Eine
Pumpe 5 kann aus einer Ausdehnungskammer 6 ein Hydraulikfluid
ziehen und es auf eine zu beschreibende Weise in die
Hauptzylinderschaltung pumpen.
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Die Drehgeschwindigkeit des Rades 3 wird durch einen
Radgeschwindigkeitssensor 7 gemessen, und Signale von dem Sensor 7
werden durch eine elektronische Steuereinheit 8 empfangen, die
die Signale differenziert und einen Erregungsstrom abgibt, der
an das Regelventil 4 und an einen Motor 9 zum Antreiben der
Pumpe 5 angelegt wird.
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Das Fluid-Durchflußregelventil 4 umfaßt ein Gehäuse 10, das
in gegenüberliegenden Enden mit Bohrungsteilen 11 und 12
versehen ist. Der Bohrungsteil 11 liefert ein Gehäuse für einen
Ventilaufbau 13, und der Bohrungsteil 12 definiert ein Gehäuse für
eine Magnetspule 14 und einen Anker 15.
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Der Ventilaufbau 13 umfaßt einen Ventilkörper 16, der hohl
ist und von dem ein innerer Teil 17 mit größerem Durchmesser
eine Dichtung 18 trägt, die in einem ganz innen gelegenen Teil
der Bohrung 11 abdichtend aufgenommen ist, der einen kleineren
Durchmesser hat. Ein Ventilkopf 19 mit einer
zylinderhutförmigen Außenlinie mit einem radialen Flansch 20 wird so geführt,
daß er auf einem Teil 21 des Ventilkörpers gleitet, gegen den
er mittels einer Dichtung 22 abgedichtet ist. Normalerweise
wird der Flansch 20 gegen eine Sitzfläche 23 auf dem
Ventilkörper durch eine Schraubenfeder 24 gehalten, die zwischen dem
Flansch 20 und einem biegsamen Diaphragma 25 wirkt, durch das
der Ventilkörper 16 an der Wand des Bohrungsteils 11 aufgehängt
ist. Der Ventilkörper 16 ist an dem von dem Anker 15 entfernten
Ende mit dem radialen Kopf 26 mit großem Durchmesser gebildet,
von dem eine nach außen gerichtete Aussparung 27 ein
druckempfindliches Teil 28 aufnimmt, das durch eine Lamelle definiert
ist, deren Umfangsrand an dem Rand der Aussparung 27 befestigt
ist, und eine Öffnung 29 mit konstantem Durchmesser verbindet
gegenüberliegende Flächen der Lamelle 28 miteinander. Die
Lamelle 28 ist normalerweise von einer Sitzfläche 30 beabstandet,
die eine Öffnung 31 mit kleinem Durchmesser in dem benachbarten
Ende des Ventilkörpers 16 umgibt. Die Lamelle 28 wirkt mit der
Sitzfläche 30 zusammen, um eine Öffnung mit veränderlicher
Fläche zu definieren.
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Eine Rückstellfeder 34 zwingt normalerweise den
Ventilaufbau 13 nach außen, so daß er an einem Verschlußteil 35 anliegt,
das das äußere Ende des Bohrungsteils 11 abschließt.
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Die Magnetspule 14 befindet sich in einer ringförmigen
Aussparung in dem Verschlußteil 40 für das äußere Ende des
Bohrungsteils 12. Normalerweise wird der Anker 15 durch eine Feder
41 von der Magnetspule 14 weg gezwungen. In dieser Stellung
steht ein durch den Anker getragener Ventilkopf 42 mit einer
Ventilsitzfläche bzw. einem Ventilsitz 43 in Eingriff, der
einen Austrittsdurchgang 44 in dem Gehäuse umgibt und mit dem
Inneren des Ventilkörpers 16 in Verbindung steht, so daß ein
Auslaßventil definiert wird. Das Auslaßventil steht mit der
Ausdehnungskammer 6 durch eine Austrittsöffnung 45 in Verbindung.
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Der Hauptzylinder ist mit einer Einlaßöffnung 46 in der
Wand des Gehäuses 10 verbunden, und in der in den Zeichnungen
veranschaulichten normalen Ruhestellung ist die Einlaßöffnung
46 mit einer Auslaßöffnung 47 verbunden. Die Auslaßöffnung 47
ist wiederum mit der Bremse 2 durch einen Raum zwischen dem
radialen Flansch 20 und einer ringförmigen Sitzfläche 50 in dem
Gehäuse 10 verbunden, der das innere Ende des zum Auslaß 43
führenden Durchgangs umgibt. Das Innere des Ventilkörpers 16
wird auch mit einer Flüssigkeit durch radiale Öffnungen 51 in
dem Ventilkörper gefüllt, die mit der Sitzfläche 23 in
Verbindung stehen.
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Wenn die Steuereinheit 8 erkennt, daß Signale von dem
Sensor 7 einen beginnenden Blockier- bzw. Rutschzustand anzeigen,
erregt die Steuereinheit 8 die Magnetspule 40. Diese zieht den
Anker 15 zu sich, um das Auslaßventil zu öffnen, und das Innere
des Ventilkörpers 16 wird durch die Austrittsöffnung 45 mit der
Ausdehnungskammer 6 in Verbindung gebracht. Über die Lamelle 28
und die Dichtung 18 wird ein Druckabfall entwickelt. Dies
bewirkt&sub1; daß sich der Ventilaufbau 30 entsprechend auf den Anker
15 zu bewegt, bis der Flansch 20 an der Sitzfläche 50 aufsitzt,
um die Einlaßöffnung 46 von der Auflaßöffnung 47 zu isolieren.
Eine Bewegung des Ventilkopfes 19 wird daher durch dessen
Eingriff mit der Ventilsitzfläche 50 arretiert, und eine weitere
Bewegung des Ventilkörpers 16 in der gleichen Richtung bewegt
die Sitzfläche 23 von dem Flansch 20 weg, um eine Verbindung
zwischen der Bremse 2 und der Ausdehnungskammer 6 durch die
radialen Durchgänge 51 und das offene Auslaßventil zu öffnen.
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Die Steuereinheit 8 erregt auch den Motor 9, und die Pumpe
5 zieht aus der Ausdehnungskammer 6 Fluid und pumpt es zurück
in die Hauptzylinderschaltung und durch die unveränderliche
Öffnung 29 und die veränderliche Öffnung 30, 31. Auf diese
Weise ist eine Zirkulation an die Abgabe der Pumpe 5 angepaßt.
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Wenn sich das Rad erholt, schaltet die Steuereinheit 8 die
Magnetspule 14 ab, was dem Auslaßventil erlaubt zu schließen.
Fluid, das durch die Pumpe 5 aus der Ausdehnungskammer 6
gezogen und zurück in die Hauptzylinderschaltung gepumpt wurde,
wird dann verwendet, um die Bremse 2 bei einer Rate erneut zu
betätigen, die durch einen Strom durch die unveränderliche
Öffnung 29 und die veränderliche Öffnung 30, 31 bestimmt ist.
Wenn der an die Bremse 2 angelegte Druck gleich dem Druck
ist, der durch den Hauptzylinder 1 entwickelt wird, bewegt die
Feder 34 den Ventilaufbau 13 entsprechend von dem Anker 15 weg,
was wiederum bewirkt, daß sich der Flansch 20 von der
Sitzfläche 50 weg bewegt und den Hauptzylinder 1 mit der Bremse 2
erneut verbindet.
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In dem in Figur 2 der Zeichnungen veranschaulichten
Fluidregelventil ist der Ventilkopf 19 mit einem zylinderhutförmigen
Querschnitt durch ein Ventilteil ersetzt, das an seinem inneren
Ende mit einem Ventilflansch 60 mit kegelförmiger Außenlinie
gebildet ist, und der ringförmige Kopf, mit dem es in Eingriff
gebracht werden kann, umfaßt einen scharfen Rand 61 bei einer
kleinen Stufe zwischen dem inneren Teil und dem Teil mit
mittlerem Durchmesser des Bohrungsteils 11.
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Der Aufbau und die Funktion dieses
Fluid-Durchflußregelventils von Figur 2 sind andererseits die gleichen wie bei dem
von Figur 1, und entsprechende Bezugszahlen sind an
entsprechende Teile angefügt worden.
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In dem in Figur 3 der beiliegenden Zeichnungen
veranschaulichten Fluid-Durchflußregelventil sind die Magnetspule 14, der
Anker 15, der Ventilkopf 42 und die Ventilsitzfläche 43 in ein
von dem Gehäuse 10 entferntes Magnetventil 70 eingebaut.
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Das biegsame Diaphragma 25 ist weggelassen, und die Lamelle
28 ist durch ein Verschiebungsdiaphragma ersetzt, das durch
eine mit der Öffnung 29 versehene, nicht durchbiegungsfähige
Platte 71 definiert ist. Eine den Ventilkörper 16 umgebende
Druckfeder 72 zwingt die Platte 71 zu einer radialen Schulter
73 hin, die sich von einem Gehäuse 74 einwärts erstreckt, das
wiederum in dem Bohrungsteil 11 verschiebbar angebracht ist.
Die Feder 24 liegt zwischen dem Gehäuse 74 und dem Ventilkopf
19 an.
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Die Platte 71 hat eine kreisförmige Krone 75, in der sich
die Öffnung 29 befindet, und einen Randbereich 76, der sich
axial und radial erstreckt, so daß zwischen dem Randbereich 76
und dem Gehäuse 74 ein ringförmiger Raum definiert wird. Eine
'O'-Ringdichtung 78 aus einem gummiartigen Material, die in dem
Raum aufgenommen ist, schafft eine Dichtung zwischen dem
Gehäuse 74 und der Platte 75.
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Im Betrieb bewirkt ein Druckabfall über die Platte 71, daß
sie sich bezüglich des Gehäuses 74 und der Sitzfläche 30 als
Ganzes bewegt, um eine Wirkung zu erreichen, die der ähnlich
ist, die durch Biegen des Diaphragmas 25 in den
Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 erreicht wird. Während solch einer
Bewegung liefert die Dichtung 78 zusätzlich zur Schaffung der
Dichtung zwischen der Platte 75 und dem Gehäuse 74 eine
Nachgiebigkeit zwischen diesen, wie oben beschrieben wurde.
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Der Aufbau und die Funktion des Durchflußregelventils von
Figur 3 sind andererseits die gleichen wie bei dem von Figur 2,
und entsprechende Bezugszahlen sind an entsprechende Teile
angefügt worden.