DE69714039T2 - Hydraulisches steuerventil für hydraulische bremsanlagen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft hydraulische Steuerventilanordnungen für hydraulische Fahrzeugbremssysteme, beispielsweise für Bremssysteme elektrohydraulischer Bauart, wie aus der DE-A-195 37 349 bekannt.
• Bekannte hydraulische Steuerventilanordnungen, beispielsweise Solenoid- Steuerventilanordnungen zur Verwendung in elektrohydraulischen Fahrzeugbremssystemen, umfassen typischerweise einen Ventilkolben, der in einer Bohrung arbeitet, in welcher eine Bewegung des Ventilkolbens dazu führt, dass Kanäle zur Herstellung einer Verbindung zwischen einer Hydraulikkraftquelle, einer Bremse und einem hydraulischen Hauptzylinder miteinander verbunden und voneinander getrennt werden. Derartige Ventilkolben und die jeweiligen Büchsen, die mit den Bohrungen versehen sind, in welchen die Ventilkolben arbeiten, müssen mit hoher Genauigkeit und sehr kleinen Toleranzen hergestellt werden, um sicherzustellen, dass jegliche Leckage um den Ventilkolben herum oder über die Ränder des Ventilkolbens auf ein absolutes Minimum reduziert wird. Da das Spiel zwischen dem Ventilkolben und der Büchse sehr klein ist, muss Sorgfalt getragen werden, um jegliche Unvollkommenheiten oder Verwerfungen in der Bohrung zu vermeiden oder zu beseitigen, welche bewirken können, dass der Ventilkolben zumindest während einer versuchten Bewegung innerhalb des Gehäuses haften bleibt oder sperrt. Da die Ventilbüchse innerhalb eines Gehäuses in einer fluiddichten Kammer befestigt werden muss, ist es üblich, eine Büchse unter Verwendung einer Platte oder des Gehäuses des Solenoids gegen den Grund der Bohrung innerhalb des Gehäuses zu halten, in welcher die Büchse aufgenommen ist. Das Aufbringen einer Haltelast kann, falls diese ausreichend groß ist, zu einer Verwerfung der Büchsenbohrung in einem Ausmaß führen, welches ausreicht, dass der Ventilkolben selbst daran gehindert wird, sich frei innerhalb der Bohrung in der Büchse zu bewegen. Wie die effektive Länge des Gehäuses und die Tiefe der Bohrung innerhalb des Gehäuses, in welcher die Büchse aufgenommen ist, von Anordnung zu Anordnung variieren können, kann auch die Haltelast variieren, da die Größe der Haltelast von dem Zusammenwirken zwischen der Büchse und der Halteplatte oder dem Gehäuse abhängt.
• Gemäß der Erfindung umfasst die hydraulische Steuerventilanordnung ein Kolbenventil, wobei das Kolbenventil einen Ventilkolben aufweist, der in einer Bohrung in einer Ventilbüchse arbeitet, und wobei die Büchse ihrerseits abdichtend in einem Ventilgehäuse aufgenommen ist, wobei Vorspannmittel vorhanden sind, um die Ventilbüchse in eine bestimmte Richtung zu drängen.
• Dies hat den Effekt, dass eine Verwerfung der Ventilbüchse aufgrund übermäßiger Belastungen mit der Folge einer Verwerfung ihrer Bohrung verhindert wird, wodurch die Möglichkeit beseitigt wird, dass der Ventilkolben innerhalb der Bohrung stecken bleibt, in welcher er arbeitet.
• Die Vorspannmittel können dadurch gebildet werden, dass die Ventilbüchse mit einer Differentialfläche ausgestattet wird, wobei die Büchse in einer komplementären Stufenbohrung in dem Ventilgehäuse aufgenommen ist, und dass die Büchse derart angeordnet ist, dass bei Einwirkung gleicher Drucke auf verschiedene Flächen eine resultierende Kraft bestrebt ist, die Büchse in die bestimmte Richtung zu drängen.
• Wenn der Betrieb des Kolbenventils durch einen innerhalb eines Solenoidgehäuses enthaltenen Solenoid gesteuert wird, kann ein Dichtdurchmesser der Büchse entfernt von dem Solenoidgehäuse kleiner sein als der Dichtdurchmesser im Rest der Büchse. Somit wird die Ventilbüchse einer resultierenden Kraft ausgesetzt, die sie in Richtung auf das Solenoidgehäuse hin drängt, als eine Folge eines Fluid hohen Drucks, beispielsweise in einem hydraulischen Druckspeicher, welches Fluid auf die beiden Flächen einwirkt und bewirkt, sie bezüglich des Solenoidgehäuses festzuhalten, welches seinerseits fest innerhalb des Ventilgehäuses ist.
• Da die Ventilbüchse nun mit einer resultierenden Kraft, die von dem in dem Druckspeicher gespeicherten Druck abhängt, gegen die Gehäuse gehalten wird, ist es möglich, eine hinreichende Haltekraft zu garantieren, um die Ventilbüchse gegen eine von dem Solenoidgehäuse dargebotene Bezugsfläche zu halten, ohne die Ventilbüchse zu überlasten. Dadurch wird eine Verwerfung der Bohrung vermieden, in welcher der Ventilkolben arbeitet.
• Bei einer weiteren Konstruktion weisen die Vorspannmittel eine federnde Vorrichtung auf, die zwischen dem Ventilgehäuse und der Ventilbüchse wirkend die Ventilbüchse vom Ventilgehäuse wegdrängt.
• Die federnde Vorrichtung wird elastisch deformiert, wenn der Solenoid in Position befestigt ist, wobei die Ventilbüchse nach innen in die Kolbenbohrung hineingedrängt wird.
• Somit kann die Ventilbüchse gegen eine von dem Ventilgehäuse dargebotene Bezugsfläche durch elastisches Vorspannen und ohne die Verwendung eines Fluiddrucks gehalten werden. Dies vermeidet ein Überspannen der Ventilbüchse, wodurch eine Verwerfung der Bohrung verhindert wird, in welcher der Ventilkolben arbeitet.
• Die federnde Vorrichtung kann einen Ring aus Elastomermaterial umfassen, geeigneterweise einen O-Ring, oder sie kann einen Belleville- oder einen anderen Federring umfassen.
• Die federnde Vorrichtung kann zwischen dem inneren Ende der Ventilbüchse und einer Schulter oder Stufe an dem komplementären oder inneren Ende des Ventilgehäuses angeordnet sein.
• Bevorzugt weist der Ventilkolben ein Differentialprofil auf und die Bohrung, in welcher er arbeitet, weist ein komplementäres Stufenprofil auf, das so gewählt ist, dass im Betrieb eine Rückstellkraft auf einen Anker des Solenoids übertragen wird, um derjenigen Kraft entgegenzuwirken, welche aufgrund von Schwankungen des auf die Bremsen wirkenden Drucks durch den Solenoid erzeugt wird und welche auf entgegengesetzte Enden des Ventilkolbens wirkt.
• Der Ventilkolben und die Ventilbüchse können jeweils eine einzige Komponente umfassen. Allerdings sind derartige Komponenten im Hinblick auf die erforderlichen engen Toleranzen sowohl hinsichtlich der äußeren Abmessungen der Büchse als auch hinsichtlich einer Stufenbohrung in dem Gehäuse als auch hinsichtlich der Außendurchmesser des Ventilkolbens schwer herzustellen.
• Es ist deshalb bevorzugt und ein weiterer Aspekt unserer Erfindung, den Ventilkolben aus einem ersten und zweiten Ventilkolbenteil, welche an einander benachbarten Enden miteinander zusammenwirken, und die Ventilbüchse aus einem ersten und zweiten Büchsenteil, welche ebenfalls an einander benachbarten Enden miteinander zusammenwirken, aufzubauen.
• Vorteilhafterweise arbeitet ein Ventilkolbenteil in einer komplementären Bohrung in einem korrespondierenden Büchsenteil und das andere Ventilkolbenteil arbeitet in einer komplementären Bohrung in dem anderen Büchsenteil.
• Eines der Büchsenteile weist ein differentielles äußeres Profil auf, bei dem der Durchmesser des Abschnitts mit größerer Fläche dem Außendurchmesser des anderen Büchsenteils entspricht.
• Wir stellen deshalb zwei relativ einfache sowie relativ kurze Ventilkolbenteile her, welche einfach produziert werden können und welche dann, wenn sie zusammengebaut sind, die Probleme hinsichtlich der Konzentrizität zwischen jeweiligen Durchmessern an den Enden des Kolbenventils eliminieren. Die Ventilkolbenteile selbst arbeiten immer noch als ein einziger Ventilkolben, wobei der Druck über die äußeren Enden der Ventilkolbenteile einwirkt und eine hinreichende Haltekraft vorsieht, um die beiden Ventilkolbenteile in enger Zusammenwirkung zu halten.
• Einige Ausführungsbeispiele unserer Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, in welchen:
• Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine solenoidgesteuerte Ventilanordnung ist, wobei sich die Bremsen in einer Ausstellung oder freigegebenen Stellung befinden;
• Fig. 2 die Relativpositionen zeigt, wenn die Ventilanordnung derart betrieben wird, dass die Bremsen betätigt werden; und
• Fig. 3 die Ventilanordnung in einer Stellung zeigt, in welcher die Bremsen betätigt gehalten werden;
• Fig. 4 eine eine Modifikation zeigende Ansicht des inneren Endes des Ventilkörpers ist; und
• Fig. 5 eine Ansicht ähnlich Fig. 4 ist, welche einen anderen Aufbau der Vorspannmittel zeigt.
• Die in den Zeichnungen dargestellte solenoidgesteuerte Ventilanordnung umfasst einen Solenoid 1 zum Steuern des Betriebs eines Kolbenventils 2.
• Der Solenoid 1 umfasst ein Solenoidgehäuse 3, in welchem ein Anker 4 axial in Antwort auf eine Energiezufuhr zu einer den Anker 4 umgebenden Spule 5 verlagerbar ist. Die Spule 5 ist innerhalb einer Verkleidung 6 eingeschlossen.
• Das Kolbenventil 2 umfasst ein Ventilgehäuse 10, welches mit einer abgestuften, sich in Längsrichtung erstreckenden Bohrung 11 versehen ist, in welcher eine Büchse 12 für eine begrenzte Bewegung in einer axialen Richtung aufgenommen ist. Die Bohrung 11 ist an ihrem Ende bei 13 mit einer Gegenbohrung größeren Durchmessers und mit einem Innengewinde versehen, um eine mit einem Außengewinde versehene Verlängerung am vorderen Ende des Solenoidgehäuses 3 aufzunehmen. Zwischen der Gegenbohrung 13 und der Verlängerung 14 ist ein Dichtring 15 verklemmt.
• Die Bohrung 11 weist einen ersten Bohrungsabschnitt 21 kleineren Durchmessers mit der Fläche "X" an dem von dem Solenoid entfernten Ende auf, welcher an einer Seite einer ersten radialen Öffnung 21 zur Verbindung mit einem hydraulischen Druckspeicher (nicht gezeigt) angeordnet ist. Die Öffnung 21 führt in einen zweiten Bohrungsabschnitt 22 größeren Durchmessers, in welchem auch eine zweite radiale Öffnung 23 zur Verbindung zu einem Tank für Hydraulikfluid (nicht gezeigt) führt und welche in der Gegenbohrung 13 ausläuft. Der zweite Bohrungsabschnitt 22 weist die Fläche "Y" auf. An dem von dem ersten Bohrungsabschnitt 20 entfernten Ende führt die Bohrung 11 in eine Kammer 24, endet in der Folge in einem axialen Kanal 25 mit geringerer Fläche zur Verbindung mit den Bremsen (nicht gezeigt). Ein interner Kanal 26 verbindet die Kammer 24 mit der Gegenbohrung 13.
• Die Büchse 12 umfasst ein erstes und zweites Büchsenteil 30 und 31, welche an einander benachbarten Enden aneinander stoßen, wobei radiale Kanäle 32, die zwischen den Büchsenteilen 30, 31 ausgebildet sind, mit der zweiten radialen Öffnung 23 kommunizieren. Das erste Büchsenteil 30 weist ein Stufenprofil auf und trägt voneinander beabstandete Dichtungen 33, 34, welche unter Dichtwirkung an jeweiligen Bohrungsabschnitten 20 und 22 angreifen. Das zweite Büchsenteil 31 trägt eine Dichtung 35 zum dichtenden Angreifen an dem Bohrungsabschnitt 22.
• Ein Ventilkolben 40 arbeitet in koaxialen Bohrungen 41 und 42 in den Büchsenteilen 30 und 31, wobei die Bohrung 41 einen größeren Durchmesser aufweist als die Bohrung 42. Im besonderen besitzt die Bohrung 41 die Fläche "A" und die Bohrung 42 die Fläche "B". Der Ventilkolben 40 umfasst ein erstes Ventilkolbenteil 43 und das zweite Ventilkolbenteil 44. Die Ventilkolbenteile 43 und 44 befinden sich an einander benachbarten Enden in gegenseitiger Anlage. Das Ventilkolbenteil 43 weist in Abstand zueinander angeordnete Stege 45, 46 auf, welche in Abschnitten der Bohrung 41 an entgegengesetzten Seiten einer radialen Öffnung 47 in dem Büchsenteil 30 arbeiten, wobei die Kanäle 48 in dem Ventilkolbenteil 43 von einem Raum zwischen den Stegen 45, 46 in die Kammer 24 führen. Das Ventilkolbenteil 43 arbeitet in der Bohrung 42. Abschnitte 50, 51 reduzierten Durchmessers an den einander benachbarten Enden der Ventilkolbenteile 43 und 44 befinden sich in gegenseitiger Anlage und eine Schulter 52 und eine Durchmesserabstufung zwischen dem Kolbendurchmesser des Ventilkolbenteils 44 und dem durchmesserreduzierten Abschnitt 51 wirken mit einer radialen Öffnung 53 zusammen, welche in Verbindung mit dem Kanal 26 steht.
• Wenn sich die Bremsen in einer Ausschalt- oder Freigabestellung befinden, befinden sich die Teile der Solenoidventilanordnung in den in Fig. 1 der Zeichnungen gezeigten Positionen, wobei der Ventilkolben 40 mittels einer zwischen dem Ventilkolben 40 und einem Anschlag 55 wirkenden Feder 54 auf das Solenoidgehäuse 3 zu gedrängt wird.
• Wie dargestellt, ist das von dem Teil 31 entfernte Ende des ersten Büchsenteils 30 durch ein kleines Spiel von einer Schulter 60 zwischen dem Ende der Bohrung 11 und der Kammer 24 beabstandet.
• Der Druckspeicher wird durch den Steg 45 von den Bremsen isoliert, welche den Kanal 47 versperrt, und die Bremsen stehen über den Kanal 26, die Öffnung 53 und die radiale Öffnung 23 in freier Verbindung mit dem Speicher.
• Wenn der Solenoid bestromt wird um die Bremsen zu aktivieren, drückt der Anker 4 den Ventilkolben 40 relativ auf das gegenüberliegende Ende des Gehäuses 10, was anfangs dazu führt, dass die Schulter 52 die zu dem Speicher führende radiale Öffnung 23 schließt, und was in der Folge dazu führt, dass der Steg 45 die Öffnung 47 öffnet, so dass Fluid von dem Druckspeicher dann über den Kanal 48 in den Ventilkolben 40 eingeführt wird.
• Durch die Bereitstellung des Innenkanals 26 in dem Gehäuse 10 werden die Enden der beiden Ventilkolbenteile 43 und 44 dem gleichen Druck aus dem Hydraulikdruckspeicher ausgesetzt.
• Deshalb wirken gleiche Drücke aus dem Hydraulikdruckspeicher auf die verschiedenen Flächen X und Y des Gehäuses 12 und die verschiedenen Flächen A und B des Ventilkolbens 40. Dies definiert Vorspannmittel, die derart wirken, dass die Büchse 10 einer resultierenden Kraft ausgesetzt wird, welche sie gegen das Solenoidgehäuse 3 drängt. Das Gehäuse 3 definiert eine Bezugsfläche und der Ventilkolben 40 wird in korrespondierende Richtung gedrängt, um eine Rückkopplungskraft auf den Anker 4 auszuüben, so dass er der aufgrund von Schwankungen des auf die Bremsen ausgeübten Drucks durch den Solenoid 1 erzeugten Kraft entgegenwirkt. Die Relativpositionen der Teile im Falle einer Aktivierung der Bremsen sind in Fig. 2 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt.
• Sollte es erforderlich sein, die Bremsen bei kontrolliertem Druck "ein" geschaltet zu halten, so wird der an die Spule 5 angelegte energiezuführende Strom reduziert oder gepulst. Dies ermöglicht, dass der Anker 4 und der Ventilkolben 40 zurückgezogen werden, so dass der Steg 45 den Kanal 47 verschließt, jedoch nicht über eine Distanz, die ausreichend groß ist, dass die Schulter 52 die Öffnung 53 freigibt.
• Wenn die Bremsen durch Abschalten des der Spule 5 energiezuführenden Stroms freigegeben werden, wird die solenoidgesteuerte Ventilanordnung in die in Fig. 1 dargestellte Anfangsposition zurückgeführt, wobei die Bremsen von dem Hydraulikdruckspeicher isoliert werden und wobei der Bremsdruck durch den Innenkanal 26 und die radiale Öffnung 23 zum Speicher hin abgebaut wird.
• Bei dem in Fig. 4 der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Aufbau umfassen die Vorspannmittel einen "O"-Ring in Form eines Rings 70 aus federndem Elastomermaterial, welcher zwischen dem inneren Ende der Ventilbüchse 12 und der Schulter 60 angeordnet ist.
• Das Material des Rings 70 wird federnd verformt, wenn der Solenoid in Position mit der nach innen in die Kolbenbohrung 41 hineingedrängte Ventilbüchse 12 verschraubt wird.
• Da eine hinreichende Vorspannung durch die Federeigenschaft des Rings 70 und nicht durch den auf die ausgewählten Flächen wirkenden Fluiddruck bereitgestellt wird, ist es nicht erforderlich, die Außenfläche der Ventilbüchse 10 und die Bohrung 11 mit zueinander komplementären Stufenkonturen auszubilden. Der Aufbau kann daher vereinfacht werden.
• Der Aufbau gemäß Fig. 4 ist wiederum derselbe wie der gemäß Fig. 1 bis 3 und es wurden korrespondierende Bezugszeichen für korrespondierende Teile verwendet.
• Bei dem in Fig. 5 dargestellten modifizierten Aufbau wird der "O"-Ring 70 durch einen Belleville- oder Federring 71 ersetzt, welcher wiederum die Ventilbüchse 12 einer federnden Vorspannkraft in ähnlicher Weise zu derjenigen des "O"-Rings 70 aussetzt.

Claims (12)

1. Hydraulische Steuerventilanordnung mit einem Kolbenventil (2), bei der das Kolbenventil einen Ventilkolben (40) aufweist, der in einer Bohrung (41, 42) in einer Ventilbüchse (12) arbeitet, und die Büchse ihrerseits abdichtend in einem Ventilgehäuse aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass Vorspannmittel vorhanden sind, um die Ventilbüchse in eine bestimmte Richtung zu drängen.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, bei der die Vorspannmittel dadurch gebildet sind, dass die Ventilbüchse (12) mit einer Differentialfläche ausgestattet und in einer komplementären Stufenbohrung (11) aufgenommen ist, wobei die Ventilbüchse derart angeordnet ist, dass bei Einwirkung gleicher Drucke auf die verschiedenen Flächen eine resultierende Kraft bestrebt ist, die Büchse in die bestimmte Richtung zu drängen.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, bei der ein Dichtdurchmesser (X) der Büchse (12) kleiner ist als ein Dichtdurchmesser (Y) im Rest der Büchse, wodurch die Ventilbüchse (12) einer resultierenden Kraft ausgesetzt wird, die sie in Richtung auf eine Bezugsfläche drängt, wenn ein Fluid hohen Drucks auf die beiden Flächen einwirkt, und wobei die Kraft die Wirkung hat, die Ventilbüchse an der Bezugsfläche festzuhalten.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 1, bei der die Vorspannmittel eine federnde Vorrichtung (70, 71) aufweisen, die zwischen dem Ventilgehäuse (10) und der Ventilbüchse (12) wirkend die Ventilbüchse vom Ventilgehäuse weg drängt.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, bei der die federnde Vorrichtung einen O-Ring (70) aus Elastomermaterial umfasst.

6. Ventilanordnung nach Anspruch 4, in welcher die federnde Vorrichtung eine Tellerfeder (71) umfasst.

7. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der die federnde Vorrichtung (70, 71) zwischen dem inneren Ende der Ventilbüchse und einer Schulter oder Stufe an einem komplementären inneren Ende des Ventilgehäuses (10) angeordnet ist.

8. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Betätigung des Kolbenventils von einem Solenoid (1) gesteuert ist, das innerhalb eines Soleniodgehäuses (3) angeordnet ist, der Ventilkolben (40) ein Differentialprofil hat und die Bohrung (41, 42), in der er arbeitet, ein komplementäres Stufenprofil aufweist, das so gewählt ist, dass im Betrieb eine Rückstellkraft auf einen Anker des Solenoids (1) übertragen wird.

9. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Ventilkolben und die Ventilbüchse je ein einziges Bauteil aufweisen.

10. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher der Ventilkolben (40) von einem ersten und einem zweiten Ventilkolbenteil (43, 44) gebildet ist, die an einander benachbarten Enden miteinander zusammenwirken, und die Ventilbüchse (12) von einem ersten und einem zweiten Büchsenteil (30, 31), die ebenfalls an einander benachbarten Enden miteinander zusammenwirken.

11. Ventilanordnung nach Anspruch 10, bei der ein Ventilkolbenteil in einer komplementären Bohrung in einem entsprechenden Büchsenteil arbeitet, und das andere Ventilkolbenteil in einer komplementären Bohrung in dem anderen Büchsenteil arbeitet.

12. Ventilanordnung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei der eines der Büchsenteile (30) ein differentielles äußeres Profil aufweist, bei dem der Durchmesser des Abschnitts von größerer Fläche dem Außendurchmesser des anderen Büchsenteils (31) entspricht.