DE2602050C3

DE2602050C3 - Hydraulisches Verstärkerventil, insbesondere für eine hydraulische Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE2602050C3
Application number: DE2602050A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. 3171 Winkel Warnecke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1976-01-21
Filing date: 1976-01-21
Publication date: 1983-11-03
Also published as: DE2602050B2; US4379423A; DE2602050A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Verstärkerventil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie es beispielsweise aus der

DE-OS 20 18 805 bekannt ist

Solche hydraulischen Verstärkerventile finden in letzter Zeit — insbesondere in Verbindung mit Dieselmotor-Fahrzeugen und Ottomotor-Fahrzeugen, bei denen kein ausreichender Unterdruck zur Versorgung üblicher Unterdruck-Bremskraftverstärker zur Verfügung steht — zunehmend Anwendung. Ein besonderer Vorteil dieser hydraulischen Verstärkerventile liegt in ihren geringen Abmessungen. Ihr Einsatz bietet sich insbesondere in solchen Kraftfahrzeugen an, in denen bereits aus anderen Gründen hydraulische Druckspeicher vorhanden sind, beispielsweise bei Fahrzeugen, die mit einer hydraulischen Servolenkung oder einer hydraulischen Niveau-Regemng ausgerüstet sind.

••s Der Aufwand für die Fertigung der bekannten hydraulischen Verstärkerventile ist verhältnismäßig groß. Verstärkerkolben und Steuerschieber sind durch symmetrische Anordnung der Steuerdurchlässc zwischen Steuerschieber und Verstärkerkolben als druckausgeglichene Einheit aufgeblickt» wobei für die Lagerung des Steuerschiebers im Verstärkerkolben hochgenaue Passungen verwendet werden, um einerseits ein leichtgängiges Verschieben des Steuerschiebers im Verstärkerkolben zu erzielen und andererseits Leckagen zu vermeiden. Zur Verhinderung von Leckagen, die auch ein Absinken des Drucks im hydraulischen Speicher verursachen würden, ist im Zuge der Druckzuleitung innerhalb des Ventilgehäuses des Verstärkerventils darüber hinaus oftmals ein zusätzliches Vorschaltventil vorgesehen (DE-OS 23 43 882). welches die Verstärkerkolben/Steuerschieber- Einheit bei nicht betätigter Bremse druckmäßig von der Druckleitung trennt und beim Betätigen der Bremse mit einer am Verstärkerkolben angeordneten Schrägbahn geöffnet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufwand für die Fertigung eines hydraulischen Verstärkerventils der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art ohne Beeinträchtigung seiner Verstä^rkerfunktion zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst
Mit der erfindungsgemäßen Ventilausbildung ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß bei der Bemessung des Steuerteils des Verstärkerventils, das heißt bei der Bemessung der Verstärkerkolben/Steuerschieber- Einheit, grob tolerierte Passungen zugelassen werden

können und trotzdem Leckagen ausgeschlossen oder zumindest sehr niedrig gehalten werden. Die Verwendung groß tolerierter Passungen stellt für die Fertigung eine erhebliche Erleichterung dar. Durch die nicht druckausgeglichene Ausbildung der Steuerschieber/ Verstärkerkolben-Einheit wird im übrigen eine so gute Dichtung erzielt, daß auch auf den Einsatz eines besonderen Vorschaitventils im Bereich der Druckleitung verzichtet werden kann. Zwar ist es bereits bekannt (DE-OS 24 11879) zur Verbilligung der Fertigung zwischen einem Steuerschieber und der Aufnahmebohrung eines hydraulischen Steuergliedes einen Radialspalt vorzusehen, das heißt grobe Passungen zu verwenden, doch erfolgt die Abdichtung der Steueröffnung bei dieser bekannten Konstruktion mit Hilfe von besonderen, im Bereich der Steueröffnung am Schieber vorgesehenen Dichtungsringen und nicht dadurch, daß sich der Steuerschieber · -ner der Einwirkung einer aus einer unsymmetrischen radialen Druckbeaufschlagung resultierenden Kraft radial gegen die Steueröffnung verlagert

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert

Das hydraulische Verstärkerventil besteht im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 1, einem in einer Axiaibohrung 30 des Ventilgehäuses axial verschiebbar gelagerten Verstärkerkolben 2 sowie einem Steuerschieber 4, welcher in einer sacklochförmigen Axialbohrung des Verstärkerkolbens 2 gelagert ist und mittels einer in der Zeichnung nicht weiter dargestellten Pedalanordnung gegen die Wirkung einer zwischen Verstärkerkolben und Steuerschieber wirksamen Federvorrichtung 16 axial verschoben werden kann. Die als Druckfeder ausgebildete Federvorrichtung 16 stützt sich mit ihrem einen Ende am Boden der sacklochförmigen Axialbohrung und mit ihrem anderen Ende an dem in diese Axialbohrung hineingeschobenen Ende des <>o Steuerschiebers 4 ab, so daß eine diese beiden Bauelemente auseinanderdrückende Kraft wirksam ist und der Steuerschieber 4 — falls keine sonstigen Kräfte auf ihn einwirken — die in der Zeichnung dargestellte Lage einnimmt Die von der vorerwähnten Pedalanordnung, insbesondere von einem Bremspedal, auf den Steuerschieber ausgeübte Kraft greift am — in der Zeichnung rechten — freien Ende des Steuerschiebers an. Im Ausführungsbeispiel ist zur Übertragung dieser Kraft ein als Reaktionskolben wirkender Druckkolben 5 vorgesehen, welcher Tiit dem freien Ende des Steuerschiebers mittels eines Spannstiftes 10 formschlüssig verbunden ist Das freie Ende dieses Druckkolbens ist — wie beispielsweise bei Hauptbremszylindern üblich — mit einem axialen Sackloch versehen, in welches eine Druckstange der Pedalanordnung eingeführt werden kann. Der Druckkolben 5 ist in einer am Ende des Ventilgehäuses 1 angeordneten Führungsbuchse 3 gelagert welche gegen das Ventilgehäuse und den Druckkolben in üblicher Weise abgedichtet und axial mittels eines mit 8 bezifferten Sicherungsringes Fixiert ist

Die Mantelfläche des Verstärkerkolbens 2 weist zwei Ringspalte 24 und 25 auf, welche gegeneinander sowie gegen das Ventilgehäuse mittels Dichtvorrichtungen abgedichtet sind. Im Ausführungsbeispiel bestehen diese Dichtvorrichtungen jeweils aus einem O-Ring 14 und einem am Ventilgehäuse anliegenden gleitfähigen Dichtungsring 13. Der erste Ringspalt 24 steht mit einer in der Wandang des Ventilgehäuses 1 mündenden Rücklaufleitung 22 und der zweite Ringspalt 25 mit einer im Ventilgehäuse mündenden Druckleitung 23 in Verbindung. Die Druckleitung ist mit einem hydraulischen Druckspeicher und die Rücklaufleitung mit einem Speichergefäß verbunden. Man erkennt, daß die beiden Ringspalte unabhängig von der jeweiligen axialen Lage des Verstärkerkolbens 2 dnickmäßig jeweils mit der Rücklaufleitung 22 bzw. mit der Druckleitung 23 verbunden bleiben. Die beiden Ringsp°'te 24 bzw. 25 sind jeweils durch eine radiale Bohrung mit der sacklochförmigen Axialbohrung des Verstärkerkolbens verbunden. Eine erste radiale Bohrung 27 führt vom zweiten Ringspalt 25 aus in den oberen Bereich der sacklochförmigen Axiaibohrung. Sie mündet in einer innerhalb dieser Axiaibohrung umlaufenden Ringnut 26. Eine zweite Radialbohrung 20 führt vom ersten Ringspalt 24 aus in den unteren Bereich der sacklochförmigen Axialbohrung. Diese zweite radiale Bohrung Ά dient als Rücklauf-Steuerdurchlaß und ermöglicht im Zusammenwirken nL. dem Steuerschieber 4, die sacklochförmige Axiaibohrung des Verstärkerkolbens druckmäßig mit dem ersten Ringspalt 24 zu verbinden bzw. von diesem zu trennen. Eine druckmäßige Verbindung der sacklochförmigen Axialbohruiie des Verstärkerkolbens 2 mit dem zweiten Ringspalt 25 kann über eine im Steuerschieber 4 vorgesehene axiale Bohrung 29 sowie eine von dieser Bohrung ausgehende dritte radiale Bohrung 21, die als Druck-Steuerdurchlaß dient vorgenommen werden. Die als Rücklauf-Steuerdurchlaß dienende zweite radiale Bohrung 20 ist räumlich in der Weise angeordnet, daß sie zumindest bei maximal in den Verstärkerkolben 2 eingeschobenem Steuerschieber 4 durch die Wandung des Steuerschiebers verschlossen ist Die als Druck-Steuerdurchlaß dienende dritte radiale Bohrung 21 ist ihrerseits räumlich derart angeordnet daß sie — bei verschlossener zweiter radialer Bohrung 20 — zumindest bei maxima» in den Verstärkerkolben eingeschobenem Steuerschieber 4 in der Ringnut 26 des Verstärkerkolbens 2 mündet Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, ist im Ausführungsbeispiel die zweite radiale Bohrung 20 so angeordnet, daß sie bereits vor dem maximalen Einschieben des Steuerschiebers verschlossen ist Im übrigen besteht im Ausführungsbeispiel zwischen dem Verschließen der zweiten radialen Bohrung 20 und dem öffnen der dritten radialen Bohrung 21 eine gewisse Oberdeckung, d.h. daß die dritte radiale Bohrung 21 nach dem Verschließen der zweiten radialen Bohrung 20 nicht sofort, sondern etwas verspätet geöffnet wird.

Die Verstärkerkolben/Steuerschieber-Einheit 2/4 ist unter Verwendung grob tolerierter Passungen für die sicLochförmige Axialbohrung im Verstärkerkolben bzw. für den Steuerschieber als nicht druckausgeglichene Einheit ausgebildet Die eine druckmäSige Verbindung zur Druckleitung 23 bzw. zur Rücklaufleitung 22 herstellenden Steuerdurchlässe sind daher — auf den Umfang des Steuerschiebers 4 bezogen — asymmetrisch angeordnet Im Ausführungsbeispiel ist als Dnick'Steuerdurchlaß sowie als Rücklauf-Steuerdurchlaß jeweils nur eine einzige radiale Bohrung 23 bzw. 21 vorgesehen, so daß der Steuerdurchlaß jeweils an einer relativ kleinen Stelle des Umfanges des Steuerschiebers bzw. der sacklochförmigen Axialbohrung des Verstärkerkolbens konzentriert ist. Im übrigen sind auf dem Steuerschieber 4 im Abstand auf beiden Seiten der

dritten radialen Bohrung 21 Oichtungsvorrichtungen angeordnet, die in üblicher Weise aus einem O-Ring 12 sowie aus einem gleitenden PTFE-Ring 11 bestehen.

Bei nicht betätigter Pedalanordnung nehmen der Verstärkerkolben 2 und der Steuerschieber 4 die im Ausführungsbeispiel gezeigte Stellung ein. Bei Betätigung des Druckkolbens S mittels der nicht weiter dargestellten Pedalvorrichtung wird zunächst der Steuerschieber 4 gegen die Wirkung der Federvorrichtung 16 tiefer in die sacklochförmige Axialbohrung des Verstärkerlcolbens 2 hineingeschoben. Dabei wird zunächst die als Rücklauf Steuerdurchlaß dienende zweite radiale Bohrung 20 geschlossen und je nach Überdeckung entweder gleichzeitig oder kurze Zeit danach die als Druck-Steuerdurchlaß dienende dritte radiale Bohrung 21 geöffnet Dadurch gelangt das Druckmedium aus dem nicht weiter gezeichneten Druckspeicher von der Druckleitung 23 Ober den zweiten Ringspalt 25, die erste radiale Bohrung 27 und die Ringnut 25 zur dritter· radialen Bohrung 21. ϊ/bcr die axiale Bohrung 29 innerhalb des Steuerschiebers 4 gelangt das Druckmedium dann einerseits in die unter dem Steuerschieber 4 in der sacklochförmigen Axialbohrung gebildete erste Kammer 28 sowie in eine zweite Kammer 31, welche auch die Kolbenfläche Fj des Verstärkerkolbens 2 umfaßt Der Verstärkerkolben 2 wird somit unter der Einwirkung des auf die gesamte Kolbenfläche Fj des Verstärkerkolbens einwirkenden Druckmediums mit einer verstärkten Bremskraft, die im Ausführungsbeispiel über eine Druckstange 6 auf den Bremshauptzylinder einer hydraulischen Bremsanlage übertragen werden kann, axial — in der Zeichnung nach links — verschoben. Das Maß der Verstärkung des Verstärkerventils ist durch das Verhältnis der Verstärkerkolbenfläche F₂ zur Druckkolbenfläche Fi bestimmt Ober die Fläche Fi des Druckkolbens S wird im übrigen eine Reaktionskraft erzeugt, welche immer mit der von der Pedalvorrichtung auf den Druckkolben 5 ausgeübten Betätigungskraft im Gleichgewicht steht Das Verstärkerventil hat eine reine Betätigungskraft-Verstärkungsfunktion. Die Wegabhängigkeit des Ventils wird allein von der Charakteristik des von der Druckstange 6 beaufschlagten Hauptbremszylinder bzw. von der Volumen-Druck-Kennung des beaufschlagten Bremssystems bestimmt

Durch die nicht druckausgeglichene Ausbildung der Steuerschieber/Verstärkerkolben-Einheit 2/4 wird die als Rücklauf-Steuerdurchlaß dienende zweite radiale Bohrung 20 im Verstärkerkolben 2 während dieser Zeit d. h. solange der Steuerschieber ausreichend tief in den Verstärkerkolben eingeschoben ist, trotz der gewählten grob tolerierten "assungen zwischen Steuerschieber einerseits und der Axialbohrung im Verstärkerkolben andererseits hochdicht verschlossen. Der Steuerschieber 4 verlagert sich nämlich während dieser Zeit radial zur zweiten radialen Bohrung 20 hin, wobei sich der Steuerschieber 4 dicht an die Wandung der sacklochförmigen Axialbohrung des Verstärkerkolbens anschmiegt und dadurch die Bohrung 20 dicht verschließt Diese radiale Verlagerung des Steuerschiebers 4 wird durch die — bezogen auf den Umfang des Steuerschiebers — asymmetrische Anordnung des Rücklauf-Steuerdurchlasses bewirkt. Während dieses Betriebszustandes herrscht an der gesamten Mantelfläche des Steuerschiebers ein durch das über die Druckleitung Zi eingeström-ί te Druckmedium bestimmter Druck; im Bereich der zweiten radialen Bohrung 20 stellt an der Mantelfläche dagegen der im ersten Ringspalt 24 bzw. in der Rücklaufleitung 22 herrschende Druck an. Dieser ist erheblich niedriger, beispielsweise von Atmosphären· ίο druck, als der in der Druckleitung 23 herrschende Druck, so daß wegen der asymmetrischen Anordnung (nur eine einseitig angeordnete Bohrung) dieses Steucrdurchlasses eine auf die /weite radiale Bohrung hin gerichtete Kraftkomponente entsteht, durch die der Stcuerschieber 4 in der erwähnten Weise radial verlagert wird. Die sich dabei ergebende Abdichtung der zweiten radialen Bohrung 20 ist so gut. daß praktisch keine Lekkage auftritt.

Wenn die auf den Druckkolben S ausgeübte Kraft /ü criifcrni wird, d. h. der Bremsvorgang beendet wird, wird der Steuerschieber 4 einerseits unter der Wirkung der Federvorrichtung 16 und andererseits unter der Wirkung des herrschenden Hydraulikdrucks weiter aus der sacklochförmigen Axialbohrung des Verstärkerkolbens 2 herausgeschoben, wobei zunächst die als Druck-Steuerdurchlaß dienende dritte radiale Bohrung 21 verschlossen und danach die als Rücklauf-Steuerdurchlaß dienende zweite radiale Bohrung 20 geöffnet wird, d daß sich der Servodruck abbaut. Der jo Verstärkerkolben selbst wird nach Fortfall der Servokraft wieder in seine im Ausführungsbeispiel gezeigte Ausgangslage gebracht, wobei die Rückstellung unabhängig von den auf die Druckstange 6 wirkenden Kräften erfolgt Der Durchmesser der Axialbohrung 30 j5 des Ventilgehäuses 1 ist nämlich in vorteilhafter Weise derart abgestuft daß der den zweiten Ringspatt 25 vom ersten Ringspalt 24 trennende Verstärkerkolbenbund 33 einen geringeren Durchmesser besitzt als der zweite den zweiten Ringspalt begrenzende Verstärkerkolbenbund 32 Dadurch wird die mit F₃ bezifferte Ringfläche ständig mit dem Versorgungsdruck der Druckleitung 23 beaufschlagt so daß eine den Verstärkerkolben zurückschiebende Kraft wirksam ist Sobald der Steuerschieber 4 so weit aus dem Verstärkerkolben herausgeschoben ist. daß die dritte radiale Bohrung 21 nicht mehr mit der Ringnut 26 in Verbindung steht findet wiederum eine radiale Verlagerung des Steuerschiebers statt durch weiche diesmal diese dritte radiale Bohrung hochdicht verschlossen wird. Innerhalb der so durch die beiden Dichtungsvorrichtungen U/12 begrenzten Kammer wirkt auf die Mantelfläche des Steuerschiebers wieder ein dem Druck der Druckleitung 23 entsprechender Druck. Lediglich im Bereich der dritten radialen Bohrung 21, weiche durch die axiale Bohrung 29 druckmäßig mit der geöffneten zweiten radialen Bohrung 20 und damit mit der Rücklaufleitung 22 verbunden ist herrscht ein erheblich niedrigerer Druck, so daß wegen der asymmetrischen Anordnung (nur eine einzige Bohrung) dieses Steuerdurchlasses wiederum eine zur radialen Bohrung 21 hin gerichtete Kraftkomponente entsteht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen -

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulisches Verstärkerventil, insbesondere für eine hydraulische Kraftfahrzeug-Bremsanlage, mit einem axial verschiebbar in einer Bohrung eines Ventilgehäuses geführten Verstärkerkolben, dessen Mantelfläche einen mit einer in der Gehäusebohrung mündenden Rücklaufleitung in Verbindung stehenden ersten Ringspalt sowie einen mit einer in die Gehäusebohrung mündenden Druckleitung in Verbindung stehenden zweiten Ringspalt aufweist, und mit einem in einer sacklochförmigen Axialbohrung des Verstärkerkolbens gelagerten, mittels einer Betätigungsvorrichtung axial verschiebbaren Steuerschieber, wobei die von der steuerschieberseitigen Stirnfläche des Verstärkerkolbens begrenzte Arbeitskammer über eine axiale Bohrung im Steuerschieber sowie über im Verstärkerkolben und im Steuerschieber angeordnete Durchlässe je nach der relativen Stellung des Steuerschiebers zum Verstärkemolben entweder mit der Druckleitung oder mit der Rückiaufieitung verbindbar ist und wobei der eine Durchlaß als Rücklauf-Steuerdurchlaß dient und zwischen dem ersten Ringspalt und der sacklochförmigen Axialbohrung wirksam ist und der andere, im Steuerschieber ausgebildete Durchlaß als Druck-Steuerdurchlaß dient und zwischen einem zum zweiten Ringspalt führenden Durchlaß im Verstärkerkolben und der axialen Bohrung im Steuerschieber wirksam ist und wobei ferner bei unbetätigtem Verstärkerventil der Druck-Steuerdurchlaß m: der Pucklaufleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (4) radial verlagerbar ist und daß die Steuerschieber/Verstärkerkolb^-Einheit (2, 4) durch — bezogen auf den Umfang des Steuerschiebers (4) bzw. des Verstärkerkolbens (2) — asymmetrische Anordnung sowohl des Druck-Steuerdurchlasses (21) als auch des Rücklauf-Steuerdurchlasses (20) nicht druckausgeglichen ausgebildet ist.

2. Hydraulisches Verstärkerventil nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerdurchlaß für die Verbindung der Arbeitskammer irit der Druckleitung (23) beziehungsweise der Rückiaufieitung (22) jeweils nur eine radiale, bis zur Mittelachse des Steuerschiebers (4) bzw. des Verstärkerkolbens (2) reichende Bohrung (20 bzw. 21) vorgesehen ist

3. Hydraulisches Verstärkerventil nach Anspruch 2. gekennzeichnet durch folgende zum Teil bekannte Merkmale

a) die sacklochförmige Axialbohrung des Verstärkerkolbens (2) weist im oberen Bereich mindestens eine in einer Ringnut (26) dieser Axialbohrung beginnende, zum zweiten Ringspalt (25) führende erste radiale Bohrung (27) sowie im unteren Bereich eine einzige zum ersten Ringspalt (24) führende, als Rücklauf-Steuerdurchlaß dienende zweite radiale Bohrung (20) auf, wobei die zweite radiale Bohrung (2Q) zumindest bei maximal in den Verstärkerkolben (2) eingeschobenem Steuerschieber (4) durch den Steuerschieber (4) abgedeckt ist,

b) von der axialen Bohrung (29) im Steuerschieber (4), die eine vor dem Steuerschieber (4) in der sacklochförmigen Axialbohrung gebildete erste Kammer (28) mit einer mit der Arbeitskammer in Verbindung stehenden zweiten Kammer (31)

verbindet, ist eine einzige als Druck-Steuerdurchlaß dienende dritte radiale Bohrung (21) zur Mantelfläche des Steuerschiebers (4) geführt und derart angeordnet, daß sie — bei verschlossener zweiter radialer Bohrung (20) — zumindest bei maximal in den Verstärkerkolben (2) eingeschobenem Steuerschieber (4) in der Ringnut (26) des Verstärkerkolbens (2) mündet, c) auf dem Steuerschieber (4) sind im Abstand neben der dritten radialen Bohrung (21) Dichtungsvorrichtungen (11 und 12) angeordnet.