DE19747307A1

DE19747307A1 - Mehrwegeventil

Info

Publication number: DE19747307A1
Application number: DE19747307A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Klein; Hans-Joerg Dr Feigel
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1996-12-06
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 1998-06-10
Also published as: DE59711796D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil, insbesondere für hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen mit Radschlupfrege lung und/oder automatischem Bremseneingriff nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 44 41 150 A1 ist bereits ein Mehrwegeventil be kannt geworden, mit einem in einem Ventilgehäuse axial be weglich angeordneten Ventilsitzkörper sowie mit einem rela tiv zum Ventilsitzkörper im Ventilgehäuse beweglichen Ven tilschieber, wobei der Ventilschieber einen oder mehrere Druckmittelverbraucher wahlweise mit einer Druckmittelquelle oder mit einem Druckmittelsammler verbindet. Dadurch, daß der Ventilschieber als Stromwegeventil ausgelegt ist, ist er prinzipbedingt nicht druckausgeglichen und baut darüber hin aus aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mehrwegeventil der ein gangs genannten Art derart zu gestalten, daß mit möglichst geringem baulichen und funktionellen Aufwand ein reaktions schnelles, den Strömungsquerschnitt bei Bedarf variabel ein stellendes und das Druckmittelvolumen fein dosierendes Mehr wegeventil geschaffen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Mehrwegeventil der gattungsbildenden Art mittels den kennzeichnenden Merk malen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen im nachfolgenden aus den Unteransprüchen als auch aus einer Beschreibung eines Ausführungsbeispiels her vor.

Die einzige Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Mehrwegeventil, das insbesondere für den Einsatz für hydrau lische Kraftfahrzeugbremsanlagen mit Radschlupfregelung und/oder automatischem Bremseneingriff geeignet ist. Das Mehrwegeventil weist in einem Ventilgehäuse 7 einen axial beweglich angeordneten Sitzventilkörper 2 auf sowie einen relativ zum Ventilsitzkörper 2 im Ventilgehäuse 7 bewegli chen Ventilschieber. Das Ventilgehäuse 7 ist vorzugsweise als Hülsenteil ausgeführt, in dem gleichfalls der Ventil schieber 1 als Hohlschieber geführt ist. Der Sitzventilkör per 2 weist einen Kugelsitz auf und ist einstückiges Be standteil eines den Ventilschieber 1 koaxial durchdringenden Stößels, an dessen vom Sitzventilkörper 2 abgewandten Ende ein Proportionalmagnet 11 angeordnet ist. Das Gegenstück des Sitzventilkörpers 2 bildet eine Ventilplatte, die am End abschnitt des Ventilgehäuses 7 befestigt ist und der in Richtung eines Druckmittelsammlers 5 ein Plattenfilter folgt. Infolge einer zwischen einem Magnetanker und dem Ge häuse (Hülse 13) des Proportionalmagneten 11 eingespannten Druckfeder (Feder 15) verharrt der Sitzventilkörper 2 in der elektromagnetisch nicht erregten Grundstellung in Schließ stellung am Plattenventil, so daß infolge der erfindungs gemäß mechanischen Koppelung des Sitzventilkörpers 2 mit dem Ventilschieber 1 in der abbildungsgemäßen Grundstellung des Ventils eine ungehinderte Druckmittelverbindung des Druck mittelverbrauchers 3 mit der Druckmittelquelle 4 über einen entsprechend langen Ausschnitt in Form einer Ringnut am Um fang des Ventilschiebers 1 zustandekommt. Hierzu münden die Druckmittelverbindungen der Druckmittelquelle 4 und des Druckmittelverbrauches 3 als Radialbohrungen in das Ventil gehäuse 7 ein, die am Umfang des hülsenförmigen Ventilgehäu ses 7 mit Ringfilter versehen sind. In der abbildungsgemäßen Grundstellung des Ventilschiebers 1 besteht hierbei durch eine erste Steuerkante 6' am Ventilschieber 1 und durch eine benachbarte, erste Steuerkante 6'' im Ventilgehäuse 7 ein erster, in Abhängigkeit der Hubbewegung des Ventilschiebers 1 variabler Drosselquerschnitt 6. Dieser Drosselquerschnitt 6 ist im Bereich der zum Druckmittelverbraucher 3 führenden Radialbohrung gelegen, die in Nähe des zum Druckmittelsamm ler 5 führenden, vom Sitzventilkörper 2 verschlossenen Druckmittelkanals gelegen ist. Die zur Druckmittelquelle 4 führende Radialbohrung befindet sich somit entfernt von den zum Druckmittelverbraucher 3 und zum Druckmittelsammler 5 führenden Druckmittelanschlüssen in Nähe des mit dem Propor tionalmagneten 11 verbundenen Abschnitts des Ventilgehäuses 7. Ein in der gezeigten Abbildung verschlossener zweiter Drosselquerschnitt 8, der zum Zwecke einer hydraulischen Verbindung zwischen dem Druckmittelverbraucher 3 und dem Druckmittelsammler 5 vorgesehen ist, wird geöffnet, nachdem zuvor sich der Ventilschieber 1 vom Plattensitzventil bzw. vom Ventilsitzkörper entfernt hat, wobei die Größe des Dros selquerschnitts wiederum durch eine am Ventilschieber 1 wirksame Steuerkante 8' und einer weiteren Steuerkante 8'' am Ventilgehäuse 7 bestimmt wird. Die Abdichtung des Ventil schiebers 1 im Ventilgehäuse 7 geschieht abhängig vom Radi alspiel des Ventilschiebers 1 im Ventilgehäuse 7 durch eine Spaltdichtwirkung im vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die abbildungsgemäße Grundstellung des Ventilschiebers 1 an ei nem ringförmigen Anschlag 10 am Sitzventilkörper 2 kommt durch die Wirkung der Feder 15 und eines zwischen dem Magne tanker und dem Ventilschieber 1 eingespannten Federelements 9 zustande. Durch die erfindungsgemäße mechanische Koppelung des Ventilschiebers 1 mit dem Sitzventilkörper 2 am Anschlag 10 entsteht zwangsläufig infolge der eingangs erwähnten An ordnung der Druckmittelanschlüsse zur Druckmittelquelle 4, dem Druckmittelverbraucher 3 und dem Druckmittelsammler 5 eine Reihenschaltung des Sitzventilkörpers 2 zwischen dem Druckmittelsammler 5 und dem Druckmittelverbraucher 3 über den zweiten Drosselquerschnitt 8 in der hydraulischen Ver bindung.

Das abbildungsgemäße Mehrwegeventil bildet somit ein bei spielsweise mittels Proportionalmagneten stetig ansteuer bares und mit einem Sitzventil gekoppeltes Schieberventil, das zweckmäßigerweise für schlupfgeregelte elektrohydrau lische Bremssysteme verwendet werden kann, wobei der Ventil schieber 1 eine oder mehrere als Druckmittelverbraucher 3 wirksame Radbremsen wahlweise mit einem als Druckmittelquel le 4 wirksamen Bremsdruckgeber bzw. einer Hilfsdruckversor gung oder mit einem als Druckmittelsammler 5 wirksamen Nie derdruckspeicher bzw. Niederdruckbehälter hydraulisch ver binden kann. Der vorzugsweise als Hohlschieber ausgebildete Ventilschieber 1 ist in der Druckmittelregelstellung völlig druckausgeglichen und damit im Hinblick auf eine möglichst gute Dosierbarkeit des Druckmittelvolumens bestens geeignet. Die Position des Ventilschiebers 1 läßt sich vorteilhaft mittels eines elektromechanischen Antriebs variabel einstel len, wobei bei Bedarf die Position des Ventilschiebers 1 elektronisch sensiert und mittels elektronischem Regler ge regelt werden kann. Das vorgeschlagene Mehrwegeventil zeich net sich überdies vorteilhaft durch die recht kurze hydrau lische Verbindung zwischen dem zweiten Drosselquerschnitt 8 und dem Sitzventil aus und erfordert keine Durchströmung des druckausgeglichenen Ventilschiebers 1. Alternativ zur Aus führung des Dichtsitzes als Kugelsitz kann selbstverständlich auch ein Kegelsitz dienen. Bei Wunsch oder Bedarf kann zweckmäßigerweise auch die Spaltabdichtung des Ventilschie bers 1 im Ventilgehäuse 7 durch eine Berührungsdichtung er setzt werden. Der stößelförmige Fortsatz am Sitzventilkörper 2 bildet gleichzeitig einen Dichtkörper, der mittels Form- /Reibschluß mit dem Magnetanker verbunden ist. Ferner ist am Außenumfang des Ventilgehäuses 7 zwischen den beiden abge filterten Anschlüssen der Druckmittelquelle 4 und dem Druck mittelverbraucher 3 eine Rückschlagmanschette 12 vorgesehen, die bei Verwendung des Mehrwegeventils für eine Bremsanlage unabhängig von der Stellung des Ventilschiebers 1 eine hy draulische Verbindung zwischen der Radbremse und dem Brems druckgeber herstellt. Um möglichst eine Kennlinienlineari sierung des Magnetantriebs zu erreichen, weist die als ein teilige Hülse 13 des mit dem Ventilgehäuse 7 verbundenen Proportionalmagneten 11 am Außenumfang eine Ringnut 14 auf, die den magnetischen Kurzschluß reduziert. Die einteilige Magnethülse 13 weist im Bereich der Verbindungsstelle mit dem Ventilgehäuse 7 einen Bund auf, der zweckmäßigerweise zur Befestigung des Mehrwegeventils in einem Ventilträger gehäuse verwendet wird.

Im Gegensatz zu der Abbildung nach Fig. 1 handelt es sich bei dem vorgestellten Mehrwegeventil um ein besonders klein bauendes, nur wenige Millimeter abmessendes Element, da auch durch die relativ kleinen notwendigen Ansteuerströme der Magnetantrieb sehr klein bauen kann. Dies ist dadurch mög lich, daß der Ventilschieber 1 ein druckausgeglichenes, in Grundstellung stromlos geöffnetes Ventilteil bildet, das entsprechend der vorangeschilderten konstruktiven Ausführung mit einem in Grundstellung geschlossenen Ventilteil (Sitz ventilkörper 2) zusammengefaßt ist.

Bei dem beschriebenen Mehrwegeventil wird die Regelposition des Ventilschiebers 1 maßgeblich von der Federkraft der Fe der 15 und der Magnetkraft des Elektromagneten (Magnetan trieb 16) beeinflußt. Bekanntlich nimmt bei einem solchen Magnetantrieb 16 die Magnetkraft überproportional mit der Verkleinerung des Magnetanker-Luftspalts zu. Um eine Analog funktion des Magnetantriebs 16 zu gewährleisten, ist der aus dem Magnetanker, der Stromspule und dem magnetisch durch flossene Magnetkern (Hülse 13) gebildete Magnetantrieb 16 proportionalisiert, das bedeutet, daß die magnetischen Fluß linien derart umgelenkt werden, daß jeweils für einen ge wählten elektrischen Strom des Magnetantriebs 16 ein propor tionaler Zusammenhang zwischen dem Magnetanker-Luftspalt und der Magnetkraft besteht. Um bei Bedarf eine erhöhte Magnet kraft des Elektromagneten realisieren zu können, muß der Magnetantrieb 16 in seiner Größe entsprechend angepaßt wer den. Einer derartigen Magnetkrafterhöhung bedarf es schon, wenn Querkräfte auftreten, die zu einem unerwünschten An stieg der Reibkräfte an den bewegten Ventilteilen im Ventil gehäuse 7 und in der Hülse 13 führen. Um im Betrieb des Pro portionalmagneten 11 den elektrischen Energiebedarf und die oben beschriebene Umlenkung der magnetischen Flußlinien mög lichst klein zu halten, wird deshalb vorgeschlagen, die Fe der 15 nicht wie in der symbolisch als Schraubenfeder ge wählten Darstellung linear auszulegen, sondern eine Feder 15 mit progressiver Kraft-/Weg-Kennlinie zu verwenden. Dadurch nimmt die Federkraft mit kleiner werdendem Magnetanker-Luft spalt überproportional zu, womit der Magnetantrieb 16 nicht mehr so stark proportionalisiert werden muß. Dieser Magnet antrieb 16 erhält anstelle eines linearen Kennlinienverlaufs eine entsprechende progressive Kennlinie. Die Vorteile lie gen folglich in der besseren Ausnutzung des Bauraums, des elektrischen Stroms und der Vermeidung von Querkräften, die der Positionierungsgenauigkeit des Ventilschiebers 1 zugute kommt.

Das vorgeschlagene Mehrwegeventil eignet sich besonders gut zum Einsatz für schlupfgeregelte Bremsanlagen, da infolge des variabel mittels des Ventilschiebers 1 einstellbaren Strömungsquerschnittes einerseits ein schnelles Anbremsen, andererseits eine feine Dosierung des Druckmittelvolumens in der Radschlupfregelung erreicht wird. Dies erfolgt vorteil hafterweise durch eine Kombination aus Pulsweiten- und Puls amplitudenmodulation, d. h. unterschiedlich große Ventilöff nungen sind einstellbar, was grundsätzlich durch einen Kraftabgleich der Magnetkraft mit der Federkraft erfolgen kann. Im Hinblick auf eine möglichst ausgeprägte Miniaturi sierung des Mehrwegeventils wird jedoch ein sogenannter Po sitionsregelkreis für den Ventilschieber 1 vorgeschlagen, wodurch unerwünschte Reibkräfte erfaßt und damit ausgeregelt werden können und der jeweilige Betriebszustand des Mehr wegeventils erkannt werden kann. Ferner ermöglicht die Ver wendung eines Positionsregelkreises die Geschwindigkeit zur Änderung des Ventilöffnungsquerschnitts gezielt vorzugeben, um durch Druckgradientenänderungen verursachte Ventilgeräu sche zu unterbinden.

Durch die erfindungsgemäße mechanische Koppelung der Einlaß- und Auslaßventilfunktion ergibt sich vorteilhafterweise eine feine Volumendosierung des Druckmittelstromes als auch ein verbessertes Übergangsverhalten, das durch die Wahl der Steuerkantenüberdeckungen beeinflußt wird. Bei Wahl von pro gressiven Ventilöffnungsquerschnitten läßt sich das Ventil regelverhalten erheblich verbessern, da die Öffnungsquer schnitte wie Feinsteuerkerben wirken.

Zusammenfassend sind somit für das vorgeschlagene Mehrwege ventil folgende Gesichtspunkte von großem Vorteil:

1. Sichere Dichtfunktion durch Kugelsitzventil.
2. Sehr gute Regelbarkeit des Volumenstroms mittels mecha nisch gekoppelter Einlaß- und Auslaßsteuerkanten.
3. Reduzierung der elektrischen Energie und damit Verringe rung der erforderlichen Magnetkraft infolge Verwendung eines druckausgeglichenen Ventilschiebers.
4. Keine Zuschwemmgefahr des Ventilschiebers infolge nur kurzzeitig an den Steuerkanten entstehender Druckdiffe renz.
5. Störkraftfreie Druckänderung im Ventil möglich.
6. Keine Querkräfte am Ventilschieber wirksam.
7. Keine Hauptströmung durch den Ventilschieber.
8. Einfache Herstellbarkeit der Steuerkanten.
9. Einfache und wenige Teile.
10. Proportionaler Kraft-Hub-Kennlinienverlauf des Magneten.
11. Geräuscharme Volumendosierung des Druckmittels.

Bezugszeichenliste

1

Ventilschieber

2

Sitzventilkörper

3

Druckmittelverbraucher

4

Druckmittelquelle

5

Druckmittelsammler

6

Erster Drosselquerschnitt

6

' Steuerkante

6

'' Steuerkante

7

Ventilgehäuse

8

Zweiter Drosselquerschnitt

8

' Steuerkante

8

'' Steuerkante

9

Federelement

10

Anschlag

11

Proportionalmagnet

12

Rückschlagmanschette

13

Hülse

14

Ringnut

15

Feder

16

Magnetantrieb

Claims

1. Mehrwegeventil, insbesondere für hydraulische Kraftfahr zeugbremsanlagen mit Radschlupfregelung und/oder automa tischem Bremseneingriff, mit einem in einem Ventilgehäu se axial beweglich angeordneten Sitzventilkörper sowie mit einem im Ventilgehäuse beweglichen Ventilschieber, wobei der Ventilschieber einen oder mehrere Druckmittel verbraucher (Radbremsen) wahlweise mit einer Druckmit telquelle (Bremsdruckgeber) oder mit einem Druckmittel sammler (Niederdruckbehälter) verbindet, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ventilschieber (1) mit dem Sitzventil körper (2) mechanisch gekoppelt ist.

2. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (1) in seiner Grundstellung den Druckmittelverbraucher (3) mit der Druckmittelquelle (4) verbindet, hingegen der Ventilsitzkörper (2) in seiner Grundstellung den Druckmittelsammler (5) vom Druckmit telverbraucher (3) als auch von der Druckmittelquelle (4) trennt.

3. Mehrwegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ventilschieber (1) in seiner Druck mittelregelstellung druckausgeglichen ist.

4. Mehrwegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Drosselquer schnitt (6) in der hydraulischen Verbindung zwischen der Druckmittelquelle (4) und dem Druckmittelverbraucher (3) angeordnet ist, der durch eine erste Steuerkante (6') am Ventilschieber (1) und durch eine erste Steuerkante (6'') im Ventilgehäuse (7) begrenzt ist.

5. Mehrwegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Drosselquer schnitt (8) in der hydraulischen Verbindung zwischen dem Druckmittelverbraucher (3) und dem Druckmittelsammler (5) vorgesehen ist, der abhängig von der Freigabe der hydraulischen Verbindung zwischen Druckmittelverbraucher (3) und Druckmittelsammler (5) bei translatorischer Be wegung des Ventilschiebers (1) sich mit seiner Steuer kante (8') gegenüber einer weiteren Steuerkante (8'') im Ventilgehäuse (7) vom Sitzventilkörper (2) entfernt.

6. Mehrwegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckmittelregelstel lung des Ventilschiebers (1) eine Spaltabdichtung zwi schen der Druckmittelquelle (4) und dem Druckmittelsamm ler (5) besteht, wobei die Spaltabdichtung durch das Radialspiel zwischen Ventilschieber (1) und Ventilgehäu se (7) gebildet ist.

7. Mehrwegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (1) von einem Federelement (9) und indirekt von einer Feder (15) beaufschlagt ist, das den Ventilschieber (1) in der die Druckmittelverbindung zwischen der Druckmittelquelle (4) und dem Druckmittelverbraucher (3) herstellenden Grund stellung positioniert, in der die hydraulische Verbin dung (zweiter Drosselquerschnitt 8) zwischen dem Druck mittelsammler (5) und dem Druckmittelverbraucher (3) gesperrt und der erste Drosselquerschnitt (6) maximal geöffnet ist.

8. Mehrwegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (1) in der Grundstellung an einem Anschlag (10) des Sitzventil körpers (2) anliegt.

9. Mehrwegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Sitzventilkörper (2) in einer Reihenschaltung zum zweiten Drosselquer schnitt (8) in der hydraulischen Verbindung zwischen dem Druckmittelsammler (5) und dem Druckmittelverbraucher (3) befindet, wobei der Querschnitt des Sitzventilkör pers (2) vor dem Querschnitt des Ventilschiebers (1) geöffnet wird und kleiner ist.

10. Mehrwegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Ventil schiebers (1) mittels eines elektromechanischen, vor zugsweise stetig ansteuerbaren Antriebs, insbesondere durch einen Proportionalmagneten (11) veränderbar ist.

11. Mehrwegeventil, insbesondere für hydraulische Kraftfahr zeugbremsanlagen mit Radschlupfregelung und/oder automa tischem Bremseneingriff, mit einem in einem Ventilgehäu se axial beweglich angeordneten beweglichen Ventilschie ber, wobei der Ventilschieber einen oder mehrere Druck mittelverbraucher (Radbremsen) wahlweise mit einer Druckmittelquelle (Bremsdruckgeber) oder mit einem Druckmittelsammler (Niederdruckbehälter) verbindet, mit einem zur Lageposition des Ventilschiebers vorgesehenen Magnetantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß zur analo gen Betätigung des Ventilschiebers (1) der Magnetantrieb (16) einer progressiven Kennlinie folgt, und daß der Ma gnetantrieb (16) mit einer progressiven Feder (15) zu sammenwirkt.