DE19727654B4

DE19727654B4 - Hydraulisches Ventil

Info

Publication number: DE19727654B4
Application number: DE1997127654
Authority: DE
Inventors: Thomas Bartsch
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2017-07-01
Also published as: DE19727654A1

Abstract

Hydraulisches, von einem Aktuator betätigbares mehrstufiges Ventil (1), insbesondere zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zu einer hydraulischen Hubkolbenpumpe einer Bremsanlage, mit einer Einlaßkammer (25) und einer Auslaßkammer (26), mit einem die Kammern (25, 26) verbindenden ersten Ventilkanal (12), der von einem ersten Ventilkörper (14) verschließbar ist, wodurch ein erstes Ventil gebildet ist, mit einem die Kammern (25, 26) verbindenden, im ersten Ventilkörper (14) verlaufenden zweiten Ventilkanal (18), der von einem zweiten Ventilkörper (21) verschließbar ist, wobei der zweite Ventilkörper (21) mechanisch mit dem Aktuator verbunden ist, wodurch ein zweites parallel zum ersten Ventil angeordnetes Ventil gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Ventil ein im zweiten Ventilkanal (18) eingesetztes Rückschlagventil (23, 24) nachgeordnet ist, das zur Auslaßkammer (26) hin öffnet, wobei das Rückschlagventil (23, 24) aus einem dem zweiten Ventilkörper (21) gegenüberliegenden dritten Ventilkörper (23) und einer im ersten Ventilkörper (14) angeordneten Feder (24) gebildet ist, die den dritten Ventilkörper...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches, von einem Aktuator betätigbares mehrstufiges Ventil, insbesondere zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zu einer hydraulischen Hubkolbenpumpe einer Fahrzeugbremsanlage, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die hydraulische Bremsanlage in der das erfindungsgemäße Ventil eingesetzt werden soll, besteht in der Grundausstattung aus einem pedalbetätigten Bremsdruckgeber und daran angeschlossenen Bremskreisen mit Radbremsen. Wenn der Fahrer eine Bremsung einleiten möchte, betätigt er das Pedal, wodurch in den Bremskreisen ein Druck aufgebaut wird. Bei einer solchen Bremsung können die Räder blockieren. Sehr früh wurde daher schon vorgeschlagen, die Bremsanlage so zu erweitern, daß eine Modulation der Radbremsdrücke in Anpassung an die übertragbaren Bremskräfte erfolgen kann. Eine solche Erweiterung besteht aus Druckmodulationsventilen, nämlich einem Einlaß- und einem Auslaßventil, deren Schaltzustände bestimmen, ob den Radbremsen Druckmittel zur Druckabsenkung entnommen oder Druckmittel zur Druckerhöhung zugeführt wird. Weiterhin gehört dazu eine Hubkolbenpumpe, die Druckmittel in den Bremskreis fördert, um das für die Modulation der Radbremsdrücke entnommene Druckmittel zu ersetzen.
Eine solche blockiergeschützte Fahrzeugbremsanlage kann weitergebildet werden zu einer Bremsanlage mit einer Fahrstabilitäts- bzw. einer Antriebsschlupfregelung (FSR bzw. ASR). Diesen beiden Regelungen sowie einigen anderen nicht genannten Regelungen ist gemein, daß in einzelnen oder allen Radbremsen ein Radbremsdruck erzeugt werden muß, ohne daß eine Pedalbetätigung erfolgt. Diese Bremsungen werden daher als Fremdkraftbremsungen bezeichnet. Bei einer solchen Bremsung müssen in einer Füllphase zunächst die Radbremsen mit Druckmittel gefüllt werden, um einen Startbremsdruck zu erzeugen, der dann in Anpassung an die gewählte jeweilige Regelung in einer sich anschließenden Regelphase moduliert werden kann. Zum Aufbau des Startbremsdruckes wird die Hubkolbenpumpe des Blockierschutzregelsystems eingesetzt. Dabei hat sich gezeigt, daß diese Hubkolbenpumpe nicht in allen Fällen in der Lage ist, allein den benötigten Startbremswert ausreichend schnell aufzubauen. Es werden daher sogenannte Vordruckgeber in die Bremsanlage eingebaut, die in der Füllphase Druckmittel entweder direkt in die Radbremsen (direkter Pfad) oder an die Saugseite der Hubkolbenpumpe liefern, die es unter Druckerhöhung an die Radbremsen weiterleitet (mittelbarer Pfad).

Beim Vordruckgeber kann es sich um eine Zusatzpumpe handeln, wie dies z.B. in der DE 4213710 A1 beschrieben ist. Es sind aber auch Systeme denkbar, bei denen der Verstärker des pedalbetätigten Bremsdruckgebers derart angesteuert wird, daß er auch ohne Pedalbetätigung den Hauptbremszylinder betätigt, wobei die hydraulische Beschaltung der Bremskreise eine Verbindung des Hauptbremszylinders zur Saugseite der Hubkolbenpumpe vorsieht. Ein solches System ist z.B. in der DE 4425578 A1 angegeben.

In beiden Systemen ist zwischen dem Vordruckgeber (Pumpe oder fremdbetätigter Hauptbremszylinder) ein sogenanntes Umschaltventil vorgesehen, das die Verbindung zumindest in der Regelphase aber auch schon in der Füllphase einer Fremdkraftbremsung herstellt. Dazu werden schnellschaltende und große Querschnitte öffnende elektromagnetisch betätigbare Ventile eingesetzt, wie sie z.B. in der DE 19529724 A1 beschrieben sind.

In einigen Fällen ist es aber unter dem Gesichtspunkt der Geräuschreduzierung notwendig, das Umschaltventil nicht zu weit zu öffnen. In der DE 197 08 425 A1 wird daher ein Umschaltventil vorgeschlagen, daß in mehreren Stufen geöffnet werden kann. Um den gewünschten Effekt zu erreichen, muß aber die Öffnungskraft des Aktuators sorgfältig auf die Stärke der Ventilöffnungsfeder und den vom Vordruckgeber in der Einlaßkammer aufgebauten Vordruck abgestimmt werden.

Ferner ist aus der DE 44 27 800 A1 ein Ventil bekannt, das als 3/4-Wegeventil schaltbar ist, wozu im Ventilgehäuse ein Rückschlagventil angeordnet ist, das in Richtung eines zu einer Pumpe führenden Auslasses eingesetzt ist. Das Rückschlagventil ist von einem Ventilschieber mechanisch betätigbar, der abhängig von der Schaltstellung eines Magnetankerstößels entweder eine Verbindung zwischen einem Hauptbremszylinder und einer Radbremse drosselfrei oder gedrosselt herstellt, wozu das Rückschlagventil jeweils in seiner Sperrstellung verharrt. Über das mechanisch vom Ventilschieber betätigbare Rückschlagventil lässt sich bei Bedarf die Radbremse mit der Pumpe verbinden.

Aus der gattungsbildenden DE 196 22 200 A1 ist bereits ein mehrstufiges Ventil mit einer Einlasskammer und einer Auslasskammer bekannt, mit einem die Kammern verbindenden ersten Ventilkanal, der von einem ersten Ventilkörper verschließbar ist, wodurch eine erstes Ventil (Hauptventil) gebildet ist, mit einem die Kammern verbindenden, im ersten Ventilkörper verlaufenden zweiten Ventilkanal, der von einem zweiten Ventilkörper verschließbar ist, wobei der zweiten Ventilkörper mechanisch mit dem Aktuator verbunden ist, wodurch ein zweites parallel zum ersten Ventil angeordnetes Ventil (Nebenventil) gebildet ist. Das mehrstufige Ventil ist in einen Gehäusekörper eingesetzt, der beabstandet zum Ventil in einer Gehäusebohrung ein Rückschlagventil aufnimmt. Diese Gehäusebohrung erstreckt sich mit dem Rückschlagventil in eine Druckmittelverbindung, die das mehrstufige Ventil mit einer Pumpe verbindet.

Die gewählte Anordnung des Rückschlagventils im Gehäusekörper erfordert einen entsprechend hohen Bauaufwand.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegende Erfindung, ein Ventil der gattungsbildenden Art derart zu verbessern, dass ein präzise arbeitendes und leicht zu realisierendes Ventil zustande kommt, das möglichst kompakt ausgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Ventil der angegebenen Art durch die den Patentanspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Mittels des Vordrucks in der Einlaßkammer lässt sich das Öffnungsverhalten des Ventils steuern. Wenn ein Vordruck in der Einlaßkammer ansteht, hält dieser das Hauptventil geschlossen und die Druckmittelzufuhr erfolgt lediglich über das geöffnete, einen kleinen Öffnungsquerschnitt aufweisende Nebenventil und das Rückschlagventil. Die Vorspannung des Rückschlagventils sorgt dafür, daß der Vordruck in der Einlaßkammer erhalten bleibt und das Hauptventil in der geschlossenen Stellung verbleibt. Wenn kein Vordruck in der Einlaßkammer anliegt, wird mit Betätigen des Aktuators das Hauptventil und damit ein großer Öffnungsquerschnitt hergestellt.

Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes aus einem Haupt- und einem Nebenventil bestehendes Ventil im Querschnitt. Das Ventil ist als ganzes mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Es wird in einer Bremsanlage eingesetzt, um die Druckmittelzufuhr zu einer Hubkolbenpumpe zu steuern. Die Bremsanlage selbst soll hier nicht beschrieben werden. Es wird vielmehr ausdrücklich Bezug genommen auf die Darstellung in der Anmeldung 197 08 425.7.

Das Ventil 1 besteht aus einem Ventilgehäuse 2, das in eine Bohrung des Ventilblocks 3 eingesetzt ist, der neben weiteren Ventilen eine Hubkolbenpumpe sowie Kanäle enthält, die die hydraulischen Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten herstellen. Dargestellt ist ein Einlaßkanal 4, der mit dem Hauptbremszylinder der Bremsanlage verbunden ist und über den Druckmittel zum Ventil 1 geführt wird. Außerdem ist ein Auslaßkanal 5 vorgesehen, der das Ventil 1 mit der Saugseite der Hubkolbenpumpe verbindet.

Im Ventilgehäuse 2 verläuft eine Längsbohrung 6, in deren axialen Verlängerung eine am Ventilgehäuse befestigte Hülse 7 vorgesehen ist. In ihrem oberen Ende ist ein Magnetkern 8 befestigt, unter dem ein Magnetanker 9 angeordnet ist, der zum Teil in der Hülse 7 und zum Teil in der Längsbohrung 6 geführt ist. Zwischen dem Magnetkern 8 und dem Magnetanker 9 ist eine Schließfeder 10 eingesetzt. Koaxial zur und außerhalb der Hülse ist eine Spule 11 in einem Spulengehäuse angeordnet. Bei einer Strombeaufschlagung der Spule 11 wird der Magnetanker 9 gegen die Kraft der Schließfeder 10 zum Magnetkern 8 gezogen. Die Spule 11, der Magnetanker 9 und der Magnetkern 8 bilden den Aktuator.

Das untere Ende der Längsbohrung 6 geht in eine Verengung über, die den Ventilkanal 12 des Hauptventils (erster Ventilkanal 12) bildet. Die kreisrunde Übergangskante bildet dabei den Dichtsitz des Hauptventils (erster Dichtsitz). Der Ventilkörper 14 des Hauptventils (erster Ventilkörper 14) liegt auf dem ersten Dichtsitz auf und ist mit einer Führungshülse 15 verbunden, die in ihrem oberen Abschnitt einen Führungsabschnitt 16 bildet, der an der Innenwand der Längsbohrung 6 geführt ist. Eine Öffnungsfeder 17 ist zwischen dem Boden der Längsbohrung 6 und einem Absatz an der Führungshülse 15 abgestützt. Sie wirkt in Öffnungsrichtung auf den ersten Ventilkörper 14.

Im ersten Ventilkörper 14 verläuft der Ventilkanal 18 des Nebenventils (zweiter Ventilkanal 18). Sein oberer Rand bildet den Dichtsitz des Nebenventils (zweiter Dichtsitz), ein Absatz im Kanal 18 einen dritten Dichtsitz. Dem zweiten Dichtsitz gegenüber liegt der Ventilkörper 21 des Nebenventils (zweiter Ventilkörper 21), der vom kalottenartigen Ende einer mit dem Magnetanker 9 verbundenen Stange 22 gebildet wird. Die Schließfeder 10 drückt das Ende der Stange 22 gegen den zweiten Dichtsitz und damit gleichzeitig den ersten Ventilkörper 14 gegen den ersten Dichtsitz, wobei die Öffnungsfeder 17 zusammengedrückt wird. In dieser dargestellten Grundstellung des Ventils 1 ist sowohl das Hauptventil als auch das Nebenventil geschlossen.

In Reihe zum Nebenventil ist ein Rückschlagventil angeordnet. dessen Ventilkugel den dritten Ventilkörper 23 bildet, der von einer im ersten Ventilkörper 14 angeordneten Rückschlagventilfeder 24 gegen den dritter Dichtsitz gehalten wird.

Das Haupt- und das Nebenventil verbinden jeweils eine Einlaßkammer 25, die im unteren Bereich der Längsbohrung 6 gebildet ist, und eine Auslaßkammer 26. Die Einlaßkammer 25 steht über einen Querkanal 27 mit einem Bohrungsabschnitt 28 im Ventilgehäuse 2 unter Zwischenschaltung eines Filter 29 in Verbindung, in den wiederum der Einlaßkanal 4 einmündet. Der Bohrungsabschnitt 28 ist durch Dichtungen am äußeren Umfang des Ventilgehäuses 2 nach außen bzw. zum Auslaßkanal 5 abgedichtet. Der erste Ventilkanal 12 mündet in den Auslaßkanal 5. Das Ventil 1 steuert somit die Verbindung zwischen dem Hauptbremszylinder und der Hubkolbenpumpe der Fahrzeugbremsanlage. Diese ist mit einem nicht dargestellten Vordruckgeber versehen, mit dessen Hilfe unabhängig von einer Bremsbetätigung durch den Fahrer ein Vordruck in der Einlaßkammer 25 aufgebaut werden kann.

Es können nun verschiedene Situationen betrachtet werden.

Vom Fahrer eingeleitete Bremsung:

In der Einlaßkammer 25 herrscht entsprechend der Pedalbetätigung ein Druck, der sowohl auf den ersten Ventilkörper 14 als auch auf der Stange 22 lastet, so daß sowohl das Hauptventil als auch das Nebenventil geschlossen bleiben. Diese Situation bleibt auch bestehen, wenn für eine Bremsschlupfregelung die Hubkolbenpumpe eingeschaltet wird.

Fremdkraftbremsung ohne Vordruck (z.B. bei einer Antriebsschlupfregelung)

Bei einer Fremdkraftbremsung soll in den Bremskreisen ein Druck aufgebaut werden, ohne daß eine Betätigung des Hauptbremszylinders durch den Fahrer erfolgt. Dazu wird das Ventil 1 geöffnet, indem die Spule 11 mit Strom beaufschlagt wird. Dadurch wird der Magnetanker 9 nach oben gegen den Magnetkern 8 gezogen und das Nebenventil freigegeben, so daß die an den Auslaßkanal 5 angeschlossene Hubkolbenpumpe über das Rückschlagventil Druckmittel ansaugen kann. Gleichzeitig bewegt die Öffnungsfeder 17 den ersten Ventilkörper 14 vom ersten Dichtsitz weg, so daß ein weiterer Druckmittelpfad geöffnet wird und zum Ansaugen ein großer Querschnitt zur Verfügung steht.

Fremdkraftbremsung mit Vordruck (z.B. bei einer Fahrstabilitätsregelung):

In einigen Fällen ist es notwendig einen Vordruck für die Hubkolbenpumpe zur Verfügung zu stellen, damit der Druckaufbau an der Druckseite der Hubkolbenpumpe rasch erfolgen kann. Dazu wird die Einlaßkammer 25 mit einem Vordruckgeber verbunden, so daß in der Einlaßkammer 25 ein Vordruck vom einigen Bar (z.B. 5–10 bar) aufgebaut wird. Dabei soll aber nicht der volle sondern nur ein reduzierter Querschnitt zu Verfügung gestellt werden. Dazu wird die Öffnungsfeder 17 so ausgelegt, daß sie nicht in der Lage ist, gegen den anliegenden Vordruck in der Einlaßkammer 25 zu öffnen. Infolge dessen wird bei einer Strombeaufschlagung der Spule 11 lediglich das Nebenventil geöffnet, so daß die Hubkolbenpumpe bei geschlossenem Hauptventil über den engen zweiten Ventilkanal 18 ansaugt. Da ein Vordruck vorliegt, stellt sich dabei ein ausreichendes Fördervolumen pro Zeiteinheit ein. Gleichzeitig wirkt der enge zweite Ventilkanal 18 als Drosselelement, so daß die Arbeitsgeräusche der Hubkolbenpumpe nicht auf die vorgespannte Druckmittelsäule am Ventileingang übertragen werden. Damit der Vordruck in der Einlaßkammer 25 erhalten bleibt, wird der Öff ungsdruck des Rückschlagventils so eingestellt, daß er größer ist als der Öffnungsdruck des Hauptventils.

Mit der vorgeschlagenen Konstruktion wird somit ein Ventil dargestellt, daß in Abhängigkeit vom dem in der Einlaßkammer anliegenden Vordruck entweder mit einem großen oder einem kleinen Querschnitt öffnet.

1: Ventil
2: Ventilgehäuse
3: Ventilblock
4: Einlaßkanal
5: Auslaßkanal
6: Längsbohrung
7: Hülse
8: Magnetkern
9: Magnetanker
10: Schließfeder
11: Spule
12: erster Ventilkanal
13: erster Dichtsitz
14: erster Ventilkörper
15: Führungshülse
16: Führungsabschnitt
17: Öffnungsfeder
18: zweiter Ventilkanal
19: zweiter Dichtsitz
20: dritter Dichtsitz
21: zweiter Ventilkörper
22: Stange
23: dritter Ventilkörper
24: Rückschlagventilfeder
25: Einlaßkammer
26: Auslaßkammer
27: Querkanal
28: Bohrungsabschnitt
29: Filter

Claims

Hydraulisches, von einem Aktuator betätigbares mehrstufiges Ventil (1), insbesondere zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zu einer hydraulischen Hubkolbenpumpe einer Bremsanlage, mit einer Einlaßkammer (25) und einer Auslaßkammer (26), mit einem die Kammern (25, 26) verbindenden ersten Ventilkanal (12), der von einem ersten Ventilkörper (14) verschließbar ist, wodurch ein erstes Ventil gebildet ist, mit einem die Kammern (25, 26) verbindenden, im ersten Ventilkörper (14) verlaufenden zweiten Ventilkanal (18), der von einem zweiten Ventilkörper (21) verschließbar ist, wobei der zweite Ventilkörper (21) mechanisch mit dem Aktuator verbunden ist, wodurch ein zweites parallel zum ersten Ventil angeordnetes Ventil gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Ventil ein im zweiten Ventilkanal (18) eingesetztes Rückschlagventil (23, 24) nachgeordnet ist, das zur Auslaßkammer (26) hin öffnet, wobei das Rückschlagventil (23, 24) aus einem dem zweiten Ventilkörper (21) gegenüberliegenden dritten Ventilkörper (23) und einer im ersten Ventilkörper (14) angeordneten Feder (24) gebildet ist, die den dritten Ventilkörper (23) im schließenden Sinne beaufschlagt.
Hydraulisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am ersten Ventilkörper (14) eine in Öffnungsrichtung wirkende Feder (17) abgestützt ist und daß der am ersten Ventilkörper (14) abgestützte Aktuator (22) der Federkraft entgegenwirkt.
Hydraulisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er Öffnungsdruck des Rückschlagventils (23, 24) größer ist als der des ersten Ventils.
Hydraulisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Öffnungsquerschnitt des ersten Ventils größer ist als der des zweiten Ventils.
Hydraulisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Öffnungsquerschnitt des ersten Ventilkanals (12) größer ist als ein Öffnungsquerschnitt des zweiten Ventilkanals (18).