WO2007045201A1 - Servoventil zur kraftunterstützten pedalbetätigung - Google Patents

Servoventil zur kraftunterstützten pedalbetätigung Download PDF

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Marco Grethel
Eric MÜLLER
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Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg
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    • F16D2048/0257—Hydraulic circuit layouts, i.e. details of hydraulic circuit elements or the arrangement thereof

Definitions

  • the present invention relates to a power valve for power assisted pedal operation for operating a clutch or brake.
  • the valve is driven by the volume flow generated by an electrically driven pump, which increases the pressure between the master and slave cylinders in an existing hydraulic line. A failure of this pump or the electric motor causes the clutch not, even by an increased force, can be operated. The main reason for this lies in the constructive design of the servo valve necessary for the power assistance during normal operation.
  • a further particular embodiment of the invention provides to form a stop by means arranged in the valve bore approach and provided on the pressure valve piston stop surface, which should be located either in the region of the control edge of the inlet blade or the discharge plate of the pressure valve.
  • Figure 1 Servovalve in rest position with various constructive solutions for a stop
  • Figure 2 Position of a servo valve according to the invention during a system failure with extended pressure valve piston
  • Figure 3 Servo valve with provided in the region of the control edge at the outlet stop
  • FIG. 4 Servo valve with a stop arranged in the entry lamella
  • FIG. 1 schematically shows a support for a pedal force actuation for actuating a clutch.
  • the hydraulic system consists of a pedal 1, a master cylinder 2 and a slave cylinder 3, which are connected to each other via the line strands 15 and 16, and a circuit with a pump 4, in which a servo or pressure valve is integrated.
  • the power assistance is advantageously arranged between a first wiring harness 15 and a second wiring harness 16, ie between master cylinder 2 and slave cylinder 3 and consists of the hydraulic pump 4 with upstream pressure valve 5.
  • the pressure valve 5 also directly on the master cylinder 2 or the slave cylinder 3 be arranged.
  • a pressure valve piston 5a and a pressure valve spring 5b are substantially arranged, wherein the pressure valve piston 5a is acted upon by the pressure valve spring 5b with its specific spring force with pressure.
  • the pressure valve 5 has a plurality of ports which are connected to the pressure channels 12, 13 and 17 and 18. Except with the pressure valve 5, the pressure channel 18 is connected to the second wiring harness 16. The channel 11 is connected to the first wiring harness 15. Furthermore, the first wiring harness 15 is connected to the control edge 10 of the pressure valve 5. The pressure channel 12 finally establishes a connection to the input 17 of the pump 4. In this figure, the pressure valve piston 5a is shown in its rest position. Between the Pumpenausgang18 and the pressure valve 5, a check valve 14 is provided.
  • the pressurized hydraulic fluid from the clutch pedal 1 is first forwarded via the first wiring harness 15 via the channel 11 to the pressure valve 5. This leads to a corresponding pressure to the biasing force of the pressure valve spring 5b is overcome, which has previously held the pressure valve piston 5a of the pressure valve 5 in a position that allowed the pressure fluid flow of the two circuits.
  • the pressure valve spool 5 is displaced axially so far that the force built up by the side of the master cylinder 2 and acting on the surface A2 of the pressure valve spool 5a is greater than the spring force applied by the pressure valve spring 5a to the pressure valve spool 5a or the surface A2 - A1 of the pressure valve spool 5 acting force and thus the control edge 10 between the pressure channel 12 and pressure valve slide 5a is reduced.
  • This increases the pressure in the hydraulic circuit 4. In this case, the full pressure from the second circuit is directed to and superimposed on the part of the first circuit.
  • valve piston 5a and valve spring 5b a certain volume of oil V between the housing and the surface A2 of the valve piston 5a would be included is not available for opening the coupling. If the system failure coincides with a simultaneous engagement, an abrupt change in the pressure in the pressure valve can lead to an uncontrolled force lock on the clutch and thus to a sudden increase in pedal force.
  • This check valve 14 may be preceded by a defined diaphragm in parallel to set a defined increase in pressure on the master cylinder 2. Instead of a diaphragm could also pressure over a wide tolerance range at the gap of the slider 10 are reduced.
  • the axial travel of the pressure valve piston 5a is to be limited by suitable means, such as a stop.
  • suitable means such as a stop.
  • the pressure valve piston 5a having a length A can be extended by a certain amount B, so that it rests in a position on the control edge 10 during operation and thus the annular gap is reduced at this point.
  • FIG 2 shows one of the above-mentioned possible solution for the realization of a stop in the pressure valve 5, namely by an extension of the pressure valve piston 5a.
  • the position of the pressure valve piston 5a is shown during a system failure. In this situation, the pressure valve piston 5a closes the pressure channel or outlet 12 and in the pressure valve 5, only a small volume of oil remains in the space between the pressure surface A2 and GE. housing. The other oil in the hydraulic line is sufficient to open the clutch in this situation.
  • a stop 19 is arranged directly in the interior of the housing or in the valve bore.
  • a projection 20 is provided for this purpose, which comes to rest with its surface A3 on the stop 19.
  • the latter basic idea for the realization of a stop is shown.
  • the stop is located in the region of the outlet-side control edge or inlet lamella 13 of the pressure valve 5 and in FIG. 4 on the outlet lamella Ie12.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Servoventil, bestehend aus einem Gehäuse mit einem darin geführten Druckventilkolben und einer mit diesem in Wirkverbindung stehender Ventilfeder sowie Anschlüssen für Leitungen mit einem Geber- und einem Nehmerzylinder, sowie zu einer Pumpe, für eine kraftunterstützte Pedalbetätigung zur Betätigung einer Kupplung oder Bremse. Damit bei einem Systemausfall möglichst wenig Ölvolumen im Servoventil verbleibt, wird dieses so ausgebildet, dass dadurch der Weg des Druckventilkolbens im Gehäuse begrenzt wird.

Description

Servoventil zur kraftunterstützten Pedalbetätigunq
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Servoventiljür eine kraftunterstützte Pedalbetätigung für die Betätigung einer Kupplung oder Bremse. Üblicherweise wird das Ventil von dem von einer elektrisch angetriebenen Pumpe erzeugten Volumenstrom angesteuert, die den Druck zwischen Geber- und Nehmerzylinder in einer vorhandenen hydraulischen Strecke erhöht. Ein Ausfall dieser Pumpe oder des Elektromotors führt dazu, dass die Kupplung nicht, auch nicht durch einen erhöhten Kraftaufwand, betätigt werden kann. Die Hauptursache dafür liegt in der für die Kraftunterstützung im normalen Betrieb notwendigen konstruktiven Ausführung des Servoventils begründet.
Vom Anmelder wurde eine Lösung für eine hydraulische Strecke mit pedalkraftunterstützter Druckbeaufschlagung zum Patent angemeldet, bei der weitere Bauelemente, wie Elektromotor und Hydraulikpumpe, in der hydraulischen Strecke hinzukommen, die ebenfalls bei einem Stromausfall ihre Funktion nicht mehr ausüben können und damit die Kupplung, oder bei einer Doppelkupplung beide Kupplungen, nicht mehr, auch nicht mit erhöhtem Kraftaufwand geöffnet werden können.
Um dennoch die Kupplung bei einem Systemausfall öffnen zu können, ist es bereits bekannt, in die hydraulische Strecke einen Notöffnungsmechanismus in Form von mindestens einer Leckstelle einzubauen. Mit Hilfe dieses Notöffnungsmechanismuses kann es jedoch bei einem Systemausfall während der Einkuppelphase zu sicherheitskritischen Situationen kommen. Diese stellen sich dadurch ein, dass beim Kuppelvorgang Ölvolumen in der hydraulischen Strecke vom Geberzylinder ausgehend nicht mehr dem Nehmerzylinder voll zur Verfügung steht. Wenn das Ölvolumen nicht mehr voll am Nehmerzylinder zur Verfügung steht, kann dies bei einem Systemausfall dazu führen, dass das Trennen der Kupplung nicht mehr voll möglich ist oder es beim Einkuppelvorgang mit gleichzeitigem Systemausfall auf Grund dieser schlagartigen Volumenänderung in der Hydraulikstrecke zum unkontrollierten Kraftschluss kommt. Dies wird durch einen schlagartigen Kraftanstieg am Pedal vom Fahrer spürbar.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Servoventil kostengünstig und in einfacher Weise dahingehend auszubilden, dass bei einem Systemausfall möglichst wenig Ölvolumen im Servoventil verbleibt. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, indem der Weg des Druckventilkolbens im Gehäuse des Druckventils begrenzt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Druckventilkolben zur Gewährleitung eines entsprechenden Ölflusses nur einen Weg bis zu einem vorbestimmten Anschlag zurücklegen kann und somit auch bei einem Systemausfall nahezu die gesamte auch im Druckventil vorhandene Ölmenge der hydraulischen Strecke zur Öffnung der Kupplung zur Verfügung steht.
Zur Wegbegrenzung des Druckventilkolbens sehen besondere Ausgestaltungen der Erfindung vor, dass entweder der im Druckventil axial bewegbare Druckventilkolben um eine Länge B verlängert wird, wodurch der Ringspalt zwischen Steuerkolben und Steuerkante der Bohrung im Gehäuse des Druckventils in der Ruheposition des Druckventils verringert wird, oder der Druckventilkolben um die Länge B verlängert wird oder aber der Führungszapfen der Ventilfeder um die Länge D ergänzt wird. Anstelle der letzten Variante für die Ausgestaltung der Erfindung kann auch ein Begrenzungszapfen an der Anlagefläche der Ventilfeder angebracht werden.
Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, einen Anschlag mittels einen in der Ventilbohrung angeordneten Ansatz und einer am Druckventilkolben vorgesehenen Anschlagfläche zu bilden, der sich entweder im Bereich der Steuerkante der Eintrittislamelle oder der Austrittslamelle des Druckventils befinden sollte.
Besonders vorteilhaft ist es, in einer weiteren Ausbildung der Erfindung, einen Anschlag im Bereich der Auslassseite des Servoventils am im Bereich der Eintrittslamelle jeweils am Druckventilkolben anzubringen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 : Servoventil in Ruheposition mit verschiedenen konstruktiven Lösungsmöglichkeiten für einen Anschlag
Figur 2: Position eines erfindungsgemäßen Servoventils während eines Systemausfalls mit verlängertem Druckventilkolben Figur 3: Servoventil mit im Bereich der Steuerkante am Auslass vorgesehenem Anschlag
Figur 4: Servoventil mit einem in der Eintrittslamelle angeordneten Anschlag
In Figur 1 ist schematisch eine Unterstützung für eine Pedalkraftbetätigung zur Betätigung einer Kupplung dargestellt. Dabei besteht das hydraulische System aus einem Pedal 1 , einem Geberzylinder 2 und einem Nehmerzylinder 3, die über die Leitungsstränge 15 und 16 miteinander verbunden sind, und einem Kreislauf mit einer Pumpe 4, in den ein Servo- bzw. Druckventil integriert ist. Die Servounterstützung ist in vorteilhafter Weise zwischen einem erstem Leitungsstrang 15 und einem zweitem Leitungsstrang 16, also zwischen Geberzylinder 2 und Nehmerzylinder 3 angeordnet und besteht aus der Hydraulikpumpe 4 mit vorgeschaltetem Druckventil 5. Ebenso gut kann das Druckventil 5 auch direkt am Geberzylinder 2 oder am Nehmerzylinder 3 angeordnet sein. Im Gehäuse des Druckventils 5 sind im Wesentlichen ein Druckventilkolben 5a und eine Druckventilfeder 5b angeordnet, wobei der Druckventilkolben 5a von der Druckventilfeder 5b mit ihrer spezifischen Federkraft mit Druck beaufschlagt wird. Das Druckventil 5 weist mehrere Anschlüsse auf, die mit den Druckkanälen 12, 13 und 17 und 18 verbunden sind. Außer mit dem Druckventil 5 ist der Druckkanal 18 mit dem zweiten Leitungsstrang 16 verbunden. Der Kanal 11 ist mit dem ersten Leitungsstrang 15 verbunden. Weiterhin ist der erste Leitungsstrang 15 mit der Steuerkante 10 des Druckventils 5 verbunden. Der Druckkanal 12 stellt letztendlich eine Verbindung zum Eingang 17 der Pumpe 4 her. In dieser Figur ist der Druckventilkolben 5a in seiner Ruheposition dargestellt. Zwischen dem Pumpenausgang18 und dem Druckventil 5 ist ein Rückschlagventil 14 vorgesehen.
Durch den Einbau einer Servounterstützung nach dem Geberzylinder 2 wird das vom Kupplungspedal 1 mit Druck beaufschlagte Hydraulikmedium zunächst über den ersten Leitungsstrang 15 über den Kanal 11 zum Druckventil 5 weitergeleitet. Das führt bei entsprechendem Druck dazu, dass die Vorspannkraft der Druckventilfeder 5b überwunden wird, die den Druckventilkolben 5a des Druckventils 5 zuvor in einer Stellung gehalten hat, die den Druckmittel- fluss der beiden Kreisläufe ermöglichte. Der Druckventilschieber 5 wird dabei so weit axial verschoben, dass der von der Seite des Geberzylinders 2 aufgebaute und auf die Fläche A2 des Druckventilschiebers 5a wirkende Kraft größer ist als die von der Druckventilfeder 5a auf den Druckventilschieber 5a aufgebrachte Federkraft bzw. der auf die Fläche A2 - A1 des Druckventilschiebers 5 wirkende Kraft und somit die Steuerkante 10 zwischen Druckkanal 12 und Druckventilschieber 5a verkleinert wird. Dadurch steigt der Druck im Kreislauf der Hydrau- likpumpe 4. In diesem Falle wird der volle Druck aus dem zweiten Kreislauf in den Teil des ersten Kreislaufes geleitet und diesem überlagert.
Fällt der zweite Kreislauf aufgrund eines inneren Defektes aus (Ausfall der Pumpe 4 oder des Motors der Pumpe 4), würde sich bei Beibehaltung der Abmessungen für Ventilkolben 5a und Ventilfeder 5b ein bestimmtes Ölvolumen V zwischen Gehäuse und der Fläche A2 der Ventilkolbens 5a eingeschlossen, das zur Öffnung der Kupplung nicht zur Verfügung steht. Wenn der Systemausfall mit einem gleichzeitigen Einkuppelvorgang zusammenfällt, kann es auf Grund der schlagartigen Volumenänderung im Druckventil zu einem unkontrollierten Kraft- schluss an der Kupplung und damit ebenfalls zu einem schlagartigen Kraftanstieg am Pedal kommen. Das zwischen dem Pumpenausgang 18 und Druckventlil 5 angeordnete Rückschlagventil 14 verhindert, dass es über die Pumpe 4 zu einem schlagartigen Druckanstieg am Geberzylinder 2 kommt. Diesem Rückschlagventil 14 kann eine definierte Blende parallel vorgeschaltet sein, um einen definierten Druckanstieg am Geberzylinder 2 einzustellen. Anstelle einer Blende könnte auch Druck über einen weiten Toleranzbereich am Spalt des Schiebers 10 abgebaut werden.
Aus den oben genannten Gründen ist der axiale Weg des Druckventilkolbens 5a durch geeignete Mittel, wie durch einen Anschlag, zu begrenzen. In der Figur 1 sind dazu verschiedene Lösungen aufgezeigt. So kann beispielsweise der eine Länge A aufweisende Druckventilkolben 5a um einen bestimmten Betrag B verlängert werden, so dass er im Betrieb in einer Stellung an der Steuerkante 10 anliegt und damit der Ringspalt an dieser Stelle verringert wird. Eine andere Möglichkeit wäre, diesen Anschlag durch Verlängerung der Ursprungslänge C zu erhalten durch Verlängerung des Führungszapfens der Druckventilfeder 5b, dem Einführen eines Begrenzungszapfens an der Anlagefläche der Ventilfeder 5b oder einer Kombination von beiden, um die Länge D, oder durch den Einsatz einer Feder mit einer entsprechenden Blocklänge, was ebenfalls zu einer Verringerung des Ringspalts an der Steuerkante 10 und damit eine Verringerung des zwischen der Fläche A2 des Ventilkolbens 5a und dem Gehäuse des Druckventils 5 verbleibenden Ölvolumens zur Folge hat.
Figur 2 zeigt eine der o.g. aufgezeigten Lösungsmöglichkeit zur Realisierung eines Anschlages im Druckventil 5, nämlich durch eine Verlängerung des Druckventilkolbens 5a. In Figur 2 ist die Position des Druckventilkolbens 5a während eines Systemausfalls dargestellt. In dieser Situation verschließt der Druckventilkolben 5a den Druckkanal bzw. Auslass 12 und im Druckventil 5 verbleibt lediglich ein geringes Ölvolumen im Raum zwischen Druckfläche A2 und Ge- häuse. Das andere sich in der hydraulischen Strecke befindende Öl reicht aus, die Kupplung in dieser Situation zu öffnen.
Eine weitere Möglichkeit den Weg des Druckventilkolbens 5a zu begrenzen wäre, indem ein Anschlag 19 direkt in den Innenraum des Gehäuses bzw. in der Ventilbohrung angeordnet ist. Am Druckventilkolben 5a ist dazu ein Ansatz 20 vorgesehen, der mit seiner Fläche A3 am Anschlag 19 zum Anliegen kommt.
Bei allen diesen Lösungen sind nur zwei Bauteile beteiligt, wodurch nur eine kleine Toleranzkette zu berücksichtigen ist.
In den Figuren 3 und 4 ist die letztgenannte Grundidee zur Realisierung eines Anschlages dargestellt. In der Figur 3 befindet sich der Anschlag im Bereich der auslassseitigen Steuerkante bzw. der Eintrittslamelle 13 des Druckventils 5 und in der Figur 4 an der Austrittslamel- Ie12.
Bezuαszeichenliste
1 Kupplungspedal
2 Geberzylinder
3 Nehmerzylinder
4 Pumpe / Hydraulikpumpe
5 Servoventil / Druckventil
5a Druckventilkolben / Druckventilschieber
5b Druckventilfeder
7 Druckventildichtung
8 Dichtungsentlastung
10 Steuerkante Schieber
11 Kanal Geberzylinderdruckraum
12 Druckkanal vom Geberzylinder / Auslass / Austrittslamelle Druckventil
13 Druckkanal vom Nehmerzylinder / Eintrittslamelle Druckventil
14 Rückschlagventil
15 erster Leitungsstrang
16 zweiter Leitungsstrang
17 Druckkanal Eingang Pumpe / Hydraulikpumpe
18 Druckkanal Ausgang Pumpe / Hydraulikpumpe
19 Anschlag
20 Ansatz
A ursprüngliche Länge des Druckventilkolbens
B Verlängerung des Druckventilkolbens
C ursprüngliche Länge der Druckventilfeder
D Verlängerung der Druckventilfeder A1 , A2 Druckflächen
A3 Anschlagfläche

Claims

Patentanspriiche
1. Servoventil bestehend aus einem Gehäuse mit einem darin geführten Druckventilkolben (5a) und einer mit diesem in Wirkverbindung stehender Ventilfeder (5b) sowie Anschlüssen (11 , 12, 13) für Leitungen mit einem .Geberzylinder (2) und einem Nehmerzylinder (3), sowie zu einer Pumpe (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Weg des Druckventilkolbens (5a) im Gehäuse begrenzt wird.
2. Servoventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druckventilkolben (5a) eine Länge A aufweist, die um die Länge B verlängert ist.
3. Servoventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Führungszapfen der Ventilfeder (5b) eine Länge C aufweist, die um die Länge D ergänzt wird und oder ein Begrenzungszapfen an der Anlagefläche der Ventilfeder (5b) vorgesehen ist.
4. Servoventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlag durch einen in der Ventilbohrung angeordnete Ansatz (20) und durch eine am Druckventilkolben (5a) vorgesehene Anschlagfläche (A3) gebildet wird.
5. Servoventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag im Bereich der Auslassseite (12) des Servoventils (5) am Druckventilkolben (5a) angeordnet ist.
6. Servoventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag im Bereich der Eintrittslamelle (13) am Druckventilkolben (5a) angeordnet ist.
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