DE19647036A1 - Vorgesteuertes Dreiwegeventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Dreiwegeventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus dem Taschenbuch "Ölhydraulik und Pneumatik", Band 3, Teil 2, erschienen im Otto Krauskopf-Verlag GmbH, Mainz, Ausgabe 1974, ist im Kapitel 5.1.2.2. bereits ein vorgesteu­ ertes Dreiwegeventil mit zweiseitiger Federzentrierung be­ schrieben, das zur Vorsteuerung des Dreiwegeventils mit zwei elektromagnetisch betätigbaren Wegeventilen versehen ist. Bei federzentrierten Wegeventilen wird der Schieberkolben durch die Wirkung zweier Druckfedern in einer lagefixierten Stellung gehalten oder aus einer Schaltstellung durch die Rückstellkraft einer durch den Schaltdruck vorgespannten Druckfeder nach Aufhebung des Schaltdruckes in die Mittel­ stellung bewegt. Die Rückbewegung des Kolbens wird dabei durch die auf der Gegenseite über einen Federteller fixie­ renden Druckfeder begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, das vorgesteuerte Dreiwegeventil derart weiterzuentwickeln, daß es mit mög­ lichst geringem Aufwand die Funktion eines Analogmagnetven­ tils erfüllen kann. Dies soll im besonderen im Hinblick auf die Verwendung des Erfindungsgegenstandes für einen hydrau­ lischen Kraftverstärker erfolgen, der die Funktion eines analog steuerbaren Vakuumbremsgerätes für Fremdkraftbremsen erfüllt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein vorgesteuertes Dreiwegeventil der eingangs genannten Art mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen aufgezeigten Maßnahmen sind zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung angegeben, die im Zusammenhang mit den weiteren Merkmalen und Vorteilen der Erfindung nachfolgend anhand einer Zeichnung näher darge­ stellt und erläutert werden.

Es zeigt die einzige Fig. 1 das Schaltschema des Erfindungs­ gegenstandes, bestehend aus einem konstruktiv dargestellten Dreiwegeventil 1 mit zweiseitiger Federzentrierung sowie die zur Vorsteuerung des Dreiwegeventils 1 elektromagnetisch betätigbaren beiden 2/2-Wegeventile 5, 6, die in ihrer elek­ tromagnetisch nicht betätigten Grundstellung den Druck der Hilfsdruckquelle 2 in den Vorsteuerkammern 8, 9 des Dreiwege­ ventils 1 vom Nachlaufbehälter 4 trennen. Die Vorsteuerkam­ mern 8, 9 befinden sich beiderseits des mit einem Kolben­ schieber 7 versehenen Dreiwegeventils 1, so daß der von der Hilfsdruckquelle 2 in den Vorsteuerkammern 8, 9 anstehende Hilfsdruck beiderseits des Kolbenschiebers 7 auf dessen Stirnflächen einwirken kann. Ferner befinden sich in den Vorsteuerkammern 8, 9 Druckfedern 10, 11, die sich gleichfalls zwischen dem Gehäuse des Dreiwegeventils 1 und an den Stirn­ flächen des Kolbenschiebers 7 abstützen. Zwischen dem An­ schluß einer jeden Vorsteuerkammer 8, 9 an die Hilfsdruck­ quelle 2 befinden sich in den Steuerdruckverbindungen Dros­ seln 14, die beim Öffnen der stromabwärts zu den Vorsteuer­ kammern 8, 9 angeordneten 2/2-Wegeventile 5, 6 ein Druckgefäl­ le in der jeweils betroffenen Vorsteuerkammer 8, 9 einstel­ len. Das Dreiwegeventil 1 weist für jede Schaltstellung drei Anschlüsse auf, so daß es als 3/3-Wegeventil entweder einen als Kraftverstärker 12 dargestellten Verbraucher am Nach­ laufbehälter 4 anschließt oder trennt und in Abhängigkeit von der Umschaltstellung des Dreiwegeventils 1 die Hilfs­ druckquelle 2 mit dem Kraftverstärker 12 verbindet oder trennt.

In der abbildungsgemäßen Darstellung befindet sich der Kol­ benschieber 7 in seiner durch die Druckfedern 10, 11 vorein­ gestellten Grundstellung, in der die in das Gehäuse des Dreiwegeventils 1 radial einmündende Rücklaufleitung 13 des Kraftverstärkers 12 über Quer- und Längskanäle im Kolben­ schieber 7 mit dem Nachlaufbehälter 4 verbunden ist. Gleich­ zeitig verschließt der Kolbenschieber 7 mit seiner Mantel­ fläche einen weiteren, radial in das Gehäuse des Dreiwege­ ventils 1 einmündenden Druckmittelkanal, der unmittelbar mit der Hilfsdruckquelle 2 in Verbindung steht.

Öffnet nunmehr beispielhaft das in der Abbildung rechts dar­ gestellte 2/2-Wegeventil 5, so besteht über die rechts dar­ gestellte Drossel 14 in der rechten Vorsteuerkammer 9 ein Druckgefälle, womit sich der Kolbenschieber 7 infolge der nunmehr bestehenden Druckdifferenz beiderseits seiner Stirn­ flächen in Richtung auf die Vorsteuerkammer 9 mit dem gerin­ geren Druckniveau bewegt. Hierdurch wird auch der von der Rücklaufleitung 13 des Kraftverstärkers 12 in das Dreiwege­ ventil 1 einmündende Druckmittelanschluß von der Mantelflä­ che des Kolbenschiebers 7 verschlossen, womit nicht nur die Hilfsdruckquelle 2 vom Kraftverstärker 12 getrennt ist, son­ dern auch die Druckmittelverbindung zum Nachlaufbehälter 4 unterbrochen ist. Damit ist die von der Grundstellung abwei­ chende zweite Schaltstellung des Dreiwegeventils 1 vollzo­ gen.

Soll hingegen die Hilfsdruckquelle 2 mit der Rücklaufleitung 13 des Kraftverstärkers 12 verbunden werden, so ist anstelle des 2/2-Wegeventils 5 das auf der von ihm entfernt gelegene Anschlußseite an der linken Vorsteuerkammer 8 angeordnete 2/2-Wegeventil 6 elektromagnetisch in Offenstellung zu schalten, womit analog zur eingangs erwähnten Wirkungsweise des 2/2-Wegeventils 5 nunmehr in der entfernt gelegenen Vor­ steuerkammer 8 ein Druckgefälle entsteht, das eine abbil­ dungsgemäß nach links gerichtete Bewegung des Kolbenschie­ bers 7 ermöglicht, bis dessen Querkanäle mit den gehäusesei­ tigen Querkanälen aus Richtung der Hilfsdruckquelle 2 und der Rücklaufleitung 13 druckmittelführend übereinstimmen. In dieser Stellung des Kolbenschiebers 7 ist sodann zum automa­ tischen Bremseneingriff die Rücklaufleitung 13 des Kraftver­ stärkers 12 zum Nachlaufbehälter 4 vom Kolbenschieber 7 ge­ trennt und die Hilfsdruckquelle 2 an der Rücklaufleitung 13 des Kraftverstärkers 12 ohne eine Pedalbetätigung zum Brems­ druckaufbau angeschlossen. Das Dreiwegeventil 1 befindet sich somit in der dritten Schaltstellung.

Für die Funktion des Dreiwegeventils 1 ist zu beachten, daß die Stellung des Kolbenschiebers 7 mittels einer gepulsten Ansteuerung der 2/2-Wegeventile 5, 6 mehr oder weniger die Verharrungsposition und damit den Überdeckungsgrad jedes einzelnen Querkanals des Kolbenschiebers 7 mit den gehäuse­ seitigen Querkanälen bestimmt, wodurch sich der Kolbenschie­ ber im Hinblick auf die jeweils erforderliche Druckmittel­ verbindung und den hierzu erforderlichen Durchsatz sehr feinfühlig einstellen läßt. Bis zum jeweils nachfolgenden elektromagnetischen Steuerimpuls verharrt sodann der Kolben­ schieber 7 in der zuvor eingesteuerten Schaltstellung.

Werden beide 2/2-Wegeventile 5, 6 gleichzeitig elektromagne­ tisch in Offenstellung geschaltet, so stellt sich über die Drosseln 14 in beiden Vorsteuerkammern 8, 9 ein gleichmäßiges Druckgefälle ein, womit der aus seiner Mittellage zunächst noch ausgelenkte Kolbenschieber 7 nunmehr unter Wirkung der beiden Druckfedern 10, 11 in die kraftausgeglichene Mittella­ ge (Grundstellung) zurückverschoben wird, die der ab­ bildungsgemäßen Schieberstellung entspricht.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient entsprechend das linksgelegene 2/2-Wegeventil 6 zum Aufbau von Hilfsdruck im Kraftverstärker 12, während das rechts gelegene 2/2-Wegeven­ til 5 den Druckabbau im Kraftverstärker 12 über die Rück­ laufleitung 13 und über den Kolbenschieber 7 zum Nachlaufbe­ hälter 4 ermöglicht.

Zusammenfassend zeichnet sich somit die Erfindung durch nachfolgende Merkmale aus:
Das Dreiwegeventil 1 trennt in seiner Grundstellung die Hilfsdruckquelle 2 vom Druckmittelverbraucher 3 und verbin­ det diesen mit einem drucklosen Nachlaufbehälter 4.

Beide 2/2-Wegeventile 5, 6 verharren in der Grundstellung des Dreiwegeventils 1 stromlos geschlossen.

Die Rückführung des Dreiwegeventils 1 in die Grund- und da­ mit in die Mittenstellung erfolgt durch Öffnen beider 2/2- Wegeventile 5, 6.

Das Dreiwegeventil 1 wird mittels des an den 2/2-Wegeventi­ len 5, 6 anstehenden Drucks der Hilfsdruckquelle 2 vorgesteuert.

Das Dreiwegeventil 1 hat einen Kolbenschieber 7, dessen bei­ den Stirnflächen von sogenannten Vorsteuerkammern 8, 9 be­ grenzt werden, in denen der Druck der Hilfsdruckquelle 2 ansteht.

Stromabwärts zu jeder Vorsteuerkammer 8, 9 ist jeweils ein elektromagnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil 5, 6 angeord­ net.

Bei hydraulischem Volumenausgleich in den Vorsteuerkammern 8, 9 ist der Kolbenschieber 7 von zwei gegeneinander wirken­ den Druckfedern 10, 11 in der Vorsteuerkammer 8, 9 in seiner Grundstellung gehalten.

Der Kolbenschieber 7 bewegt sich in diejenige Vorsteuerkam­ mer 8, 9 hinein, die über ein geöffnetes 2/2-Wegeventil 5, 6 eine Verbindung zum Nachlaufbehälter 4 aufweist.

Damit ist ein vorgesteuertes Dreiwegeventil geschaffen, das quasi eine Analogcharakteristik hat, um beispielsweise un­ abhängig vom Fahrerwillen mit Hilfe einer Elektronik zur analogen Ansteuerung eines hydraulischen Kraftverstärkers 12 für Kraftfahrzeugbremsanlagen verwendet zu werden. Das Drei­ wegeventil 1 verbindet in der Grundstellung einen Druckmit­ telrücklauf 13 des Kraftverstärkers 12 mit einem Nachlaufbe­ hälter 4, in einer weiteren Schaltstellung ist der Druck­ mittelrücklauf 13 vom Nachlaufbehälter 4 getrennt und in der dritten Schaltstellung ist der Druckmittelrücklauf 13 des Kraftverstärkers 12 zum Zwecke einer von der Fußkraft un­ abhängigen Betätigung des Kraftverstärkers 12 mit der Hilfs­ druckquelle 2 verbunden.

Ergänzend wird darauf verwiesen, daß hinsichtlich der als Pumpe symbolisch dargestellten Hilfsdruckquelle 2 ebenso ein Hochdruckspeicher verwendet werden kann und zur Reduzierung des Speicherdrucks ein stromaufwärts zum Dreiwegeventil 1 angeordnetes Druckminderventil in Abhängigkeit vom geregel­ ten Druck des Kraftverstärkers 12 betätigt werden kann, ob­ wohl dies nicht im Detail der Fig. 1 zu entnehmen ist. Es wird hierzu auf den in der Anmeldung mit dem Aktenzeichen 195 47 542.9 gezeigten Bremsanlagenaufbau hingewiesen.

Bezugszeichenliste

1

Dreiwegeventil

2

Hilfsdruckquelle

3

Druckmittelverbraucher

4

Nachlaufbehälter

5,

6

2/2-Wegeventil

7

Kolbenschieber

8,

9

Vorsteuerkammer

10,

11

Druckfeder

12

Kraftverstärker

13

Rücklaufleitung

Claims (9)

1. Vorgesteuertes Dreiwegeventil mit zweiseitiger Federzen­ trierung und elektromagnetisch betätigbaren Wegeventilen zur Vorsteuerung des Dreiwegeventils, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Grundstellung des Dreiwegeventils (1) eine Hilfsdruckquelle (2) von einem Druckmittelver­ braucher (3) getrennt ist, und daß der Druckmittelver­ braucher (3) mit einem drucklosen Nachlaufbehälter (4) in Verbindung steht.

2. Dreiwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteuerventile als in der Grundstellung strom­ los geschlossene 2/2-Wegeventile (5, 6) ausgeführt sind.

3. Dreiwegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Rückführung des Dreiwegeventils (1) in die Grundstellung beide 2/2-Wegeventile (5, 6) elektro­ magnetisch geöffnet sind.

4. Dreiwegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorsteuerung des Dreiwe­ geventils (1) an den 2/2-Wegeventilen (5, 6) der Druck der Hilfsdruckquelle (2) ansteht.

5. Dreiwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil (1) einen Kolbenschieber (7) hat, dessen beiden Stirnflächen von Vorsteuerkammern (8, 9) begrenzt und vom Druck der Hilfsdruckquelle (2) beauf­ schlagt sind.

6. Dreiwegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts zu jeder Vorsteuerkammer (8, 9) jeweils ein 2/2-Wegeventil (5, 6) angeordnet ist.

7. Dreiwegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei hydraulischem Druckgleichgewicht in beiden Vor­ steuerkammern (8, 9) der Kolbenschieber (7) von zwei Druckfedern (10, 11) in den Vorsteuerkammern (8, 9) in Grundstellung gehalten ist.

8. Dreiwegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kolbenschieber (7) jeweils in diejenige Vorsteuerkammer (8, 9) hineinbewegt, die infolge eines ihr zugeordneten und geöffneten 2/2-Wegeventils (5, 6) ein Druckgefälle in Richtung des Nachlaufbehälters (4) einstellt.

9. Verwendung eines vorgesteuerten Dreiwegeventils nach einer der vorhergehenden Ansprüche als quasi analog be­ tätigtes Wegeventil zur Druckmittelversorgung eines hy­ draulischen Kraftverstärkers (12) für eine Kraftfahr­ zeugbremsanlage, wobei das Dreiwegeventil (1) in der Grundstellung einen Druckmittelrücklauf (13) des Kraft­ verstärkers (12) mit einem Nachlaufbehälter (4) verbin­ det, in einer weiteren Schaltstellung der Druckmittel­ rücklauf (13) des Kraftverstärkers (12) vom Nachlaufbe­ hälter (4) getrennt ist und in einer dritten Schaltstel­ lung der Druckmittelrücklauf (13) des Kraftverstärkers (12) zur fußkraftunabhängigen Betätigung des Kraftver­ stärkers (12) mit einer Hochdruckquelle (2) in Verbin­ dung steht.