DE69407428T2

DE69407428T2 - Modul zur drucksteuerung für einen hydraulikkreis

Info

Publication number: DE69407428T2
Application number: DE69407428T
Authority: DE
Inventors: Gilbert Kervagoret
Original assignee: Bosch Systemes de Freinage SAS
Current assignee: Bosch Systemes de Freinage SAS
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1994-10-04
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2014-10-05
Also published as: WO1995012155A1; US5588463A; JPH09504393A; FR2711742A1; DE69407428D1; EP0725947A1; ES2112564T3; FR2711742B1; EP0725947B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Systemen zur Steuerung und Regulierung des Drucks in Hydraulikkreisen und betrifft insbesondere ein Modul, das bei solchen Systemen verwendet werden kann.
Im Großteil von Hydraulikinstallationen ist es notwendig, den Hydraulikdruck in einer Druckempfangsvorrichtung in Abhängigkeit von einem Steuersignal zu ändern. Der Druck-Empfänger kann beispielsweise durch einen Hydraulikzylinder oder durch einen Hydraulikmotor gebildet sein, und das Steuersignal kann beispielsweise mechanisch, hydraulisch oder elektrisch sein.
Die Dokumente EP-A-0 369 412 und GB-A-2 215 416 beschreiben solche Module zum Steuern von Hydraulikdruck, bei denen der Druck-Empfänger eine Bremsbetätigungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs ist und das Steuersignal elektrisch ist. Diese Systeme weisen den Hauptnachteil auf, daß sie einen sehr hohen elektrischen Verbrauch haben.
In dem Dokument EP-A-0 452 173 wurde ein Steuermodul für den Druck in einem Hydraulikkreis vorgeschlagen, mit einem Druckfluidgenerator, einem Niederdruckfluidvorratsbehälter und einem Druck-Empfänger, wobei das Modul ein Elektroventil enthält, das eine elektrische Spule und einen beweglichen Magnetkern aufweist, der die Stellung eines Schiebers steuert, der in einer in einem Körper gebildeten Bohrung gleitet, wobei die Bohrung mit einer Versorgungsleitung in Verbindung steht, die mit dem Druckfluidgenerator verbunden ist, sowie mit einer Verteilleitung, die mit dem Druck-Empfänger verbunden ist, und einer Entspannungsleitung, die mit dem Niederdruckfluidvorratsbehälter verbunden ist, wobei der Schieber einen Hydraulikraum aufweist, der eine Reaktionskraft bestimmt, die der von der Spule erzeugten Kraft entgegenwirkt, und wobei die Verteilleitung selektiv mittels des Verteilschiebers mit der Versorgungsleitung oder der Entspannungsleitung in Verbindung gesetzt wird.
Ein solches Modul ermöglicht aufgrund der Verwendung eines Proportional-Elektroventils und eines hydraulischen Reaktionsraumes, den elektrischen Verbrauch des Elektroventils des Steuermoduls wesentlich zu vermindern. Dieses Modul ist jedoch nicht für einige Anwendungen angepaßt, beispielsweise Hydraulikkreise mit großem Volumen, bei denen das Modul hohe Durchsätze von Hochdruckfluid steuern muß. Im Beispiel der oben genannten Anmeldung liegt ein solcher Fall vor, wenn das Modul die hydraulische Bremsung eines Nutzfahrzeugs steuert.
Die vorliegende Erfindung hat folglich zur Aufgabe, ein Steuermodul für den Druck in einem Hydraulikkreis zu schaffen, bei dem der elektrische Verbrauch so weit wie möglich reduziert ist, welches große Durchsätze von Hochdruckfluid gewährleisten kann und dessen Betrieb zuverlässig ist, wobei die Konzeption dieses Moduls außerdem vereinfacht ist, um verminderte Kosten zu erhalten.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein gesteuertes Ventil vorgesehen ist, welches das von dem Generator abgegebene Druckfluid der Versorgungsleitung liefert, wenn der bewegliche Magnetkern den Verteilschieber betätigt.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, sich auf die beigefügten Zeichnungen beziehenden, nicht einschränkenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigt:
- die einzige Figur schematisch im Schnitt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuermoduls.
In der Figur ist ein schematischer Schnitt eines Steuermoduls zu sehen, das in seiner Gesamtheit mit den Bezugszeichen 100 bezeichnet ist und in einem Hydraulikkreis angeordnet ist, der einen Druckfluidgenerator 110, einen Niederdruckfluidvorratsbehälter 120 und einen Druck-Empfänger 130 enthält.
Das Modul 100 besteht aus einem Körper 10, an welchem in dichter Weise eine Spule 12 eines Proportional-Elektroventils befestigt ist. Es ist bekannt, daß die Spule von Elektroventilen dieses Typs das wesentliche Merkmal aufweist, daß sie bei einem bestimmten Strom eine im wesentlichen konstante Kraft in einem nicht vernachlässigbaren Verstellbereich des Magnetkerns in der Größenordnung von beispielsweise 2 bis 3 mm liefern kann. Dieses Merkmal wird in der vorliegenden Erfindung dafür ausgenutzt, die benötigte Funktion durch Modulation des durch die Spule 12 fließenden Stromes zu gewährleisten.
Die Spule 12 wirkt mit einem beweglichen Magnetkern 14 zusammen, der mit einem Stößel 16 versehen ist, um ein Kugel- Ventilelement 18 zu öffnen und zu schließen, das in der Ruhestellung normalerweise unter der Wirkung einer Feder 20 geschlossen ist und sich in dichter Anlage an einem Ventilsitz 22 befindet.
Das Kugel-Ventilelement 18 wird außerdem auch mittels einer zweiten Feder 24, die sich an einem Verteilschieber 26 abstützt, in die geschlossene Ruhestellung beaufschlagt, wobei sich der Verteilschieber 26 wiederum an einer Stange 28 abstützt, die an der Kugel 18 anliegt. Der Schieber 26 befindet sich somit jederzeit in Berührung mit der Stange 28.
Der Kern 14 und der Stößel 16 werden außerdem zur Kugel 18 hin in der Richtung des Öffnens des Kugel-Ventilelements 18 von einer Feder 30 beaufschlagt, so daß sich der Stößel 16 jederzeit in Berührung mit der Kugel 18 befindet.
Wenn die Kugel 18 auf ihrem Sitz 22 ruht, grenzt sie um den Stößel 18 herum einen Raum 32 ab, der permanent mit dem Druckfluidgenerator 110 mittels eines Kreises in Verbindung steht, der Leitungen 34 und 36 sowie eine Kammer 38 eines gesteuerten Ventils enthält, das in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet ist.
Die Ruhezustands-Vorspannung der Feder 20 ist größer als die Ruhezustands-Vorspannung der Feder 30, erhöht um die Kraft, die von dem auf die von dem Sitz 22 abgegrenzte Fläche der Kugel 18 einwirkenden maximalen Druck des Generators 110 erzeugt wird. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß das Kugel-Ventilelement 18 in der Ruhestellung jederzeit unabhängig von dem Druck geschlossen ist, der von dem Generator 110 geliefert wird.
Der Verteilschieber 26 ist so ausgestaltet, daß er eine Verbindung zwischen dem Druck-Empfänger 130, dem Vorratsbehälter 120 und einer in dem Körper 10 gebildeten Kammer 42 entsprechend den allgemein verwendeten Systemen zur Regulierung von Hydraulikdruck öffnen oder schließen kann. Zu diesem Zweck gleitet der Schieber 26 in einer Bohrung 44 des Körpers 10 und weist zwei Auflager 46 und 48 auf, die in der Bohrung 44 drei Volumen abgrenzt, nämlich die Volumen 50 und 52 auf der einen und der anderen Seite des Schiebers 26 und das Volumen 54 zwischen den beiden Auflagern.
Die Volumen 50 und 52 stehen mittels einer Leitung 56 permanent miteinander sowie mit dem Niederdruckvorratsbehälter 120 in Verbindung. Das Volumen 54 steht permanent mit dem Druck- Empfänger 130 und einer Blindbohrung 58 in Verbindung, die axial in dem Schieber 26 gebildet ist und eine Reaktionskammer bildet, die eine Reaktionskraft erzeugt, die der auf den Kern 14 einwirkenden Kraft entgegenwirkt, wie weiter unten gesehen wird. Diese Blindbohrung wird in im wesentlichen dichter Weise durch eine Nadel 60 verschlossen, die sich an den Körper 10 abstützt.
Die Kammer 42 steht mittels einer Leitung 62 mit einer zweiten Kammer 64 des Ventils 40 in Verbindung, das von einem Kolben 66 gesteuert wird, der die zweite Kammer 64 von einer Steuerkammer 68 trennt, jedoch eine Durchflußdrosselstelle 70 zwischen den beiden Kammern 64 und 68 aufweist.
Die Kammer 68 steht mit dem Hohlraum 72 in Verbindung, der um die Stange 28 herum angeordnet ist und die Feder 20 enthält, wobei dieser Hohlraum mit dem Raum 32 in Verbindung gebracht werden kann, wenn das Kugel-Ventilelement 18 geöffnet wird, und steht auch mit einer Kammer 74 in Verbindung, die in einer Bohrung 76 des Körpers 10 gebildet ist.
Die Kammer 74 wird von einem Kolben 78 abgegrenzt, der in der Bohrung 76 gleitet und in der Lage ist, eine Kugel 80 gegen einen Sitz 82 zu beaufschlagen, um die Verbindung zwischen einer mit dem Druck-Empfänger 130 verbundenen Leitung 81 und einer Leitung 83 zu öffnen oder zu schließen, die mit dem Niederdruckvorratsbehälter 120 verbunden ist.
Das beschriebene Steuermodul arbeitet in der folgenden Weise.
In der Ruhestellung nehmen alle Elemente die in der Figur dargestellte Stellung ein, und der von dem Druckgenerator 110 erzeugte Druck liegt in den Leitungen 36 und 34 sowie in den Kammern 38 und 32 vor. In der Kammer 38 verstärkt dieser Druck das Schließen eines Ventilelements 84 des gesteuerten Ventils 40, das bereits der Wirkung einer Feder 86 ausgesetzt ist. Hinsichtlich der Kammer 32 wurde gesehen, daß der Druck darin unzureichend ist, um das Kugel-Ventilelement 18 zu öffnen. Somit befinden sich alle anderen oben beschriebenen Volumina und Leitungen des Körpers 10 auf den Druck des Niederdruckvorratsbehälters 120, insbesondere der Druck-Empfänger 130.
Wenn die Spule 12 von einem Strom ausreichender Stärke durchflossen wird, erzeugt sie eine auf den Kern 14 und den Stößel 16 und somit auf die Kugel 18 einwirkende Kraft. Wenn diese Kraft ausreichend ist, um die Summe aus den Vorspannungen der Feder 20 und 24 zu überwinden, verläßt die Kugel 18 ihren Sitz 22, und der Druck des Generators 110 stellt sich im Hohlraum 72, in der Kammer 74, wodurch das Schließen des Ventilelements 80 auf seinen Sitz 82 mittels des Kolbens 78 hervorgerufen wird, und in der Kammer 68 ein, wodurch der Kolben 66 verstellt wird, was das Ventilelement 84 abhebt.
Somit kann sich der Druck in der Kammer 38 mittels der Leitung 62 zur Kammer 42 übertragen.
Außerdem wurde die Öffnungsbewegung des Ventilelementes 18 auch mittels der Stange 28 auf den Schieber 26 übertragen. Es ist zu sehen, daß die Stange 28 in dichter Weise in dem Körper 10 gleitet, um die Trennung zwischen dem sich permanent auf dem niedrigen Druck des Vorratsbehälters 120 befindenden Volumen 50 und dem Hohlraum 72 zu gewährleisten, in welchem nun der hohe Druck des Generators 110 herrscht. Um keine Diskontinuität bei den vorliegenden Kräften zu erzeugen, wird der Stange 28 vorteilhafterweise ein Durchmesser gegeben, der gleich demjenigen des Ventilsitzes 22 ist.
In einer ersten Phase der Verstellung des Schiebers 26, die hervorgerufen ist durch das Öffnen des Ventilelementes 18, wird das Auflager 48 des Schiebers 26 verstellt, und es unterbricht die Verbindung zwischen der Kammer 42 und der Kammer 52; das Auflager 46 wird entsprechend verstellt und unterbricht die Verbindung zwischen dem Volumen 54 und der Leitung 83. Das permanent mit dem Druck-Empfänger 130 verbundene Volumen 54 ist somit von den Volumina 50 und 52 getrennt, die permanent mit dem Niederdruckvorratsbehälter 120 verbunden sind.
In einer zweiten Phase führt der sich in der Spule 12 erhöhende Strom zu einer zusätzlichen Verstellung des Schiebers 26, wodurch das Auflager 48 verstellt wird, welches nun die Kammer 42 mit dem Volumen 54 und somit mit dem Druck-Empfänger 130 verbindet. Es erfolgt nun ein Druckanstieg in dem Empfänger 130 und gleichzeitig in der Reaktionskammer 58, wobei dieser Druck eine Reaktionskraft erzeugt, die der Verstellung des Schiebers 26 entgegenwirkt.
In einer dritten Betriebsphase vermindert sich, wenn der durch die Spule 12 fließende Strom vermindert wird, die auf den Schieber 26 einwirkende Kraft. Da dieser der von der Feder 24 ausgeübten Kraft sowie der hydraulischen Reaktion in der Kammer 58 ausgesetzt ist, verstellt er sich in einer solchen Weise, daß das Auflager 48 die Verbindung zwischen der Kammer 42 und dem Volumen 54 unterbricht, wobei das Auflager 46 die Verbindung zwischen dem Volumen 54 und der Leitung 83 öffnet, wodurch ein Absinken des Drucks in dem Empfänger 130 sowie in der Reaktionskammer 58 möglich ist.
Es ist somit zu sehen, daß durch ein Modulieren des durch die Spule 12 fließenden Stroms, beispielsweise durch Zerhacken, der Schieber 26 eine Stellung einnehmen wird, die von dem in der Kammer 58 herrschenden Druck abhängt, der für den in dem Druck- Empfänger 130 herrschenden Druck repräsentativ ist. Auf diese Weise kann der Hydraulikdruck im Empfänger 130 mittels des durch die Spule 12 fließenden Steuerstromes geregelt werden.
Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Steuermodul die Gewährleistung von relativ großen Fluiddurchsätzen zum Empfänger 130. Sowie die Spule 12 die Stellung des Schiebers 26 und, wie gesehen wurde, den Druck im Empfänger 130 steuert, gibt sie nämlich den Druck des Generators 110 in den Hohlraum 72 und in die Kammer 68 frei, um das Ventilelement 84 des Ventils 40 zu steuern, das wiederum den Druck des Generators 110 in die Kammer 42 freigibt.
Das gesteuerte Ventil 40 wirkt somit wie eine Durchsatz- Verstärkungsstufe für den Schieber 26, der als Druckmodulationsstufe wirkt. Eine solche Trennung der Funktionen Durchsatz und Druck ermöglicht es, die benötigten hohen Durchsätze zu erhalten.
Wenn andererseits im Empfänger 130 sehr hohe Drücke erreicht werden, also in der Nähe des von dem Generator 110 bereitgestellten Drucks, sind die Drücke in den Kammern 68 und 64 einander ähnlich, und ihre Differenz kann nicht mehr ausreichend sein, um die Kraft der Feder 86 zu überwinden. In einem solchen Fall schließt sich das Ventilelement 84 wieder. Jedoch bleibt ein Fluiddurchsatz in Richtung des Empfängers 130 mittels der Durchflußdrosselstelle 70 zwischen dem in diesem Moment mit dem Generator 110 verbundenen Hohlraum 72 und der Kammer 42 möglich, die mit dem Empfänger 130 verbunden ist.
In den oben beschriebenen Funktionsphasen bleibt das Ventilelement 80 geschlossen, da der Kolben 78 in der Kammer 74 eine Fläche aufweist, die größer als diejenige der von dem Sitz 82 in der Leitung 81 abgegrenzte Fläche der Kugel 80 ist, und außerdem von einem größeren Druck beaufschlagt wird.
Wenn nicht mehr gewünscht wird, den Druck-Empfänger 130 zu betreiben, wird die elektrische Versorgung der Spule 12 abgeschaltet. Daraufhin kehren der Kern 14 und der Stößel 16 in ihre Ruhestellung zurück, wodurch das Schließen des Ventilelementes 18 unter der Wirkung der Federn 22 und 24 möglich ist und der Hohlraum 72 bezüglich der Druckquelle 110 isoliert wird. Auch der Schieber 26 nimmt seine in der Figur dargestellte Ruhestellung ein.
Der möglicherweise in dem Druck-Empfänger 130 herrschende Druck kann dann absinken, da das Volumen 54 mit der Leitung 83 verbunden ist, die mit dem Niederdruckvorratsbehälter 120 verbunden ist. Auch der Druck im Hohlraum 72 sinkt ab, da dieser Hohlraum über die Kammer 68, die Drosselstelle 70, die Kammer 64, die Leitung 62, die Kammer 42, das Volumen 52 und die Leitung 56 mit dem Vorratsbehälter 120 in Verbindung steht.
Selbst wenn angenommen wird, daß der Schieber 26 in der der oben beschriebenen zweiten Phase entsprechenden Stellung blockiert ist oder "kleben" bleibt, kann dennoch jeder Restdruck im Empfänger 130 beseitigt werden.
Dieser Restdruck liegt nämlich in der Leitung 81 vor und wirkt auf die von dem Sitz 82 abgegrenzte Fläche der Kugel 80 ein. Dieser Restdruck liegt auch in der Kammer 42, der Leitung 62 und der Kammer 64 vor. Andererseits läßt das Ventilelement 18, wenn es geschlossen wird, im Hohlraum 72 den vom Generator 110 abgegebenen Druck bestehen. Dieser Druck liegt auch in den Kammern 68 und 74 vor. Unter dieser Annahme des Blockierens des Schiebers 26 wird das Schließen des Ventilelementes 18 aufgrund der Wahl der Vorspannung der Feder 20 gewährleistet, wie weiter oben erläutert wurde.
Die Kammern 68 und 64 stehen miteinander mittels der Durchflußdrosselstelle 70 in Verbindung, und da der Druck in der Kammer 68 größer als der Druck in der Kammer 64 ist, ermöglicht die Durchfluß-Drosselstelle 70 ein Absinken des Drucks in der Kammer 68. Dieses Absinken des Drucks erfolgt auch in der Kammer 74, was zu einem Absinken der von dem Kolben 78 auf die Kugel 80 aufgebrachten Kraft führt.
Die Kugel 80 kann sich somit von ihrem Sitz 82 abheben, wodurch die Leitungen 81 und 83 und daraus folgend der Druck-Empfänger 130 und der Niederdruckvorratsbehälter 120 miteinander verbunden werden. Auf diese Weise wird jeglicher Restdruck in dem Druck-Empfänger 130 beseitigt.
Es wurde somit ein Steuermodul geschaffen, das einen zu einem elektrischen Steuerstrom proportionalen Hydraulikdruck erzeugt. Dieses Modul weist außerdem keinerlei Betriebsschwelle auf. Es wurde nämlich gesehen, daß in der Ruhestellung, also beim Fehlen jegliches elektrischen Steuerstroms, der Schieber 26 nur dem Druck des Niederdruckvorratsbehälters 120 ausgesetzt ist. Auf diese Weise ist jegliche Gefahr des "Klebenbleibens" zu Beginn der Bewegung des Schiebers vermieden. Das Modul ermöglicht durch seine Konzeption in zwei Stufen große Durchsätze von Hochdruckfluid, wobei eine Stufe den Druck steuert, während die andere den Durchsatz steuert. Sein Betrieb ist zuverlässig, da unabhängig von den Umständen dann, wenn kein Strom durch die Spule 12 fließt, kein Druck zum Empfänger 130 übertragen wird. Schließlich ist seine Herstellung relativ einfach, da der Schieber 26 das einzige Bauteil ist, welches eine präzise maschinelle Bearbeitung erfordert.

Claims

1. Steuermodul für den Druck in einem Hydraulikkreis, mit wenigstens einem Druckfluidgenerator (110), wenigstens einem Niederdruckfluidvorratsbehälter (120) und wenigstens einem Druck-Empfänger (130), wobei das Modul ein Elektroventil enthält, das eine elektrische Spule (12) und einen beweglichen Magnetkern (14) aufweist, der die Stellung eines Verteilschiebers (26) steuert, der in einer in einem Körper (10) gebildeten Bohrung (44) gleitet, wobei die Bohrung (44) mit einer Versorgungsleitung (42, 62) in Verbindung steht, die mit dem Druckfluidgenerator (110) verbunden ist, sowie mit einer Verteilleitung (81), die mit dem Druck-Empfänger (130) verbunden ist, und einer Entspannungsleitung (81), die mit dem Niederdruckfluidvorratsbehälter (120) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul ein gesteuertes Ventil (40) aufweist, welches das von dem Generator (110) abgegebene Druckfluid der Versorgungsleitung (42, 62) liefert, wenn der bewegliche Magnetkern (14) den Verteilschieber (26) betätigt.

2. Steuermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gesteuerte Ventil eine Steuerkammer (68) sowie eine zweite Kammer (64) aufweist, die mit der Versorgungsleitung (42, 62) in Verbindung steht.

3. Steuermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer (68) und die zweite Kammer (64) durch einen Kolben (66) abgegrenzt sind.

4. Steuermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Magnetkern (14) auf den Verteilschieber (26) über ein Ventilelement (18) einwirkt, das mit einem Sitz (22) zusammenwirkt und eine Verbindung zwischen dem Druckfluidgenerator (110) und der Steuerkammer des gesteuerten Ventils (40) steuert.

5. Steuermodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (18) einer Rückstellkraft ausgesetzt ist, die von wenigstens einer Feder (20) ausgeübt wird, deren Vorspannung in der Ruhestellung größer als die Kraft ist, die von dem Druckfluid des Generators (110) auf die von dem Sitz (22) abgegrenzte Fläche des Ventilelementes (18) ausgeübt wird.

6. Steuermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem ein Ventilelement (80) aufweist, das mit einem Sitz (82) zusammenwirkt und von einem Kolben (78) gesteuert wird.

7. Steuermodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (78) eine Kammer (74) abgrenzt, die mit der Steuerkammer (68) des gesteuerten Ventils (40) in Verbindung steht.

8. Steuermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (66) einen Begrenzer (70) für den Durchfluß zwischen der Steuerkammer (68) und der zweiten Kammer (64) aufweist.

9. Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (26) eine Reaktionskammer (68) aufweist, die in im wesentlichen dichter Weise durch einen Stift (60) verschlossen ist, der sich an dem Körper (10) abstützt.