DE2751150A1

DE2751150A1 - Elektromagnetisch gesteuertes 3/3-wegeventil

Info

Publication number: DE2751150A1
Application number: DE19772751150
Authority: DE
Inventors: Hugo De Vuyst
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1977-11-16
Filing date: 1977-11-16
Publication date: 1979-05-17
Also published as: DE2751150C2

Description

Elektromagnetisch gesteuertes 3/3-Wegeventil Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch gesteuertes 3/3-Wegeventil mit einer über ein erstes Schließglied geführten ersten Druckmittelverbindung von einer Druckmittelquelle zu Radzylindern einer hydraulischen Fahrzeugbremse und mit einer über ein zweites Schließglied geführten zweiten Druckmittelverbindung von den Radzylindern zu einem drucklosen Behälter und mit einem zwischen den Schließgliedern angeordneten Anker der durch Federkraft in eine Grundstellung gehalten ist, in der das erste Schließglied sich in Offenstellung befindet und der durch Magnetkraft gegen die Federkraft in eine Zwischenstellung bewegbar ist, in der die beiden Schließglieder sich in Schließstellung befinden und der durch stärkere Magnetkraft gegen die Federkraft in eine Endstellung bewegbar ist, in der das erste Schließglied geschlossen und das zweite Scnließglied geöffnet isto Ein solches 3/3-Wegeventil ist in der Xt-Q5 2 342 296 beschrseben. Bei den Ventilen dieser Bauart kommt es darauf an, daß sie einerseits möglichst rasch schalten, andererseits aber so wenig elektrische Energie wie nötig verbrauchen, da bei Kraftfahrzeugen die zur Verfügung stehende elektrische Energie stets sehr knapp ist0 Mit der Dt-OS 2 342 296 wird eine elektronische Schaltung beansprucht, mit der erreicht wird, daß das Magnetventil nicht mit einer dem Eingangssignal proportionalen Spannung geschaltet wird, sondern mit einer, mittels eines Vergleichers gebildeten niedrigeren, um einen Mittelwert pendelnden Spannung, die zum Halten des Ventils ausreicht.
Durch diese elektronische Schaltung wird zwar elektrische Energie gespart, jedoch hat die Praxis bei anderen elektronischen Schaltungen gezeigt, daß diese häufig Ursache für Störungen sind, wenn sie nicht von höchster Qualität und damit sehr teuer sind.
Der vorllagenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch gesteuertes 3/3-Wegeventil der eingangs genannten Art derart zu gestalten, daß auch ohne aufwendige Elektronik ein sehr geringer Verbrauch an elektrischer Energie erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Betätigung der Schließglieder im Gehäuse des 3/3-Wegeventils zwei dichtend geführte Stößel vorgesehen sind, wobei auf der den Schließgliedern abgewandten Seite der Stößel jeweils ein Gegendruckraum gebildet ist und daß der auf der Seite des ersten Schließgliedes gelegene Gegendruckraum mit der Druck- mittelquelle und der auf der Seite des zweiten Schließgliedes gelegene Gegendruckraum mit den Radzylindern ständige Verbindung hat.
Durch diese Gestaltung erhält man ein 3/3-Wegeventil, welches voll druck-kompensiert ist.
Die Schaltzeiten werden vom Druckunterschied zwischen den Ventilanschlüssen unabhängig0 Das 3/3-Wegeventil schaltet unabhängig von der Höhe des Speicherdruckes in den Radzylindern immer gleich schnell. Dies ist eine Voraussetzung dafür, daß das Ventil stets exakt und gleichmäßig die Befehle ausführt, welche die Antiblockierregelung gibt. Unterschiedliche Schaltzeiten, wie sie bei dem Ventil nach der eingangs gewürdigten Dt-OS 2 342 296 auftreten, führen entweder zu Störungen im Regelverhalten oder aber sie müßten durch eine komplizierte Elektrorik kompsiert werden.
Durch die Dt-OS 1-9 34 212 ist zwar auch schon ein druck-korpensertes Ventil für Antiblockieranlagen bekannt geworden. Mit diesem Ventil ist jedoch keine positive Überdeckuno möglich. Das heißt, es gibt keine Schaltstellung, in der die Radzylinder sowohl von der Druckmittelquelle, als auch von dem drucklosen Behälter abgetrennt sind. Während des Schaltens ergibt sich sogar eine Phase, in der die Druckmittelquelle direkt mit dem drucklosen Behälter verbunden ist, was zu großen Leckverlusten führt und folglich eine Druckmittelquelle größerer Kapazität verlangt. Ein zweiter Unterschied des durch die Dt-OS 19 34 212 vorbekannten Ventils besteht darin, daß dieses eine Dichtung zwischen dem Kompensationsraum und dem Rücklauf hat, welche eine genaue Passung erfordert. Bei dem erfindungsgemäßen 3/3 -Wegeventil ist ein übliches Dichtelement vorgesehen, welches keine hohen Toleranzen der gegenseitig zu dichtenden Bauteile erfordert und auch bei hoher Ölviskosität, also bei niedrigen Temperaturen wenig Reibung erzeugt.
Ein zweiter Vorteil des erfindungsgemäßen 3/3-Wegeventils gegenüber dem Ventil nach der eingangs gewürdigten Dt-OS 2 342 296 liegt darin, daß sich große Ventildurchmesser realisieren lassen ohne daß die Federkräfte angehoben werden müssen. Dadurch kann die Magnetkraft und damit der Stromverbrauch des Elektromagnes klein gehalten werden. Hierdurch ist auch eine bessere Optimierung des hydraulischen Durchflußquerschnittes in Bezug auf den Magnethub möglich. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen 3/3-Wegeventils liegt darin, daß es von einfachen Pulsen ansteuerbar ist, deren lineare Frequenzänderung eine lineare hydraulische Änderung hinsichtlich der Steilheit des Druckabbaues bzw.
Druckaufbaues ermöglicht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß der dem ersten Schließglied zugeordnete Stößel eine Betätigungsstange hat, welche durch den Anker geführt ist und an der eine Feder gefesselt ist, welche auf der Seite des ersten Schließgliedes über einer auf der Betätigungsstange verschiebbaren Scheibe sowohl gegen einen Ansatz des Ankers als auch gegen eine Abstufung der Betätigungsstange anliegt und daß in dem ersten Schließglied eine Feder vorgesehen ist, welche schwächer als die gefesselte Feder ist und gegen eine schließgliedseitige Ringfläche des Stößels und einen gehäusefesten Anschlag anliegt und dadurch den Anker in eine Grundstellung gegen einen gehäusefesten Anschlag vorspannt und daß das zweite Schließglied durch eine stärkere Feder als die gefesselte Feder in Schließstellung vorgespannt ist.
Durch diese Gestaltung wird erreicht, daß die Mittelstellung des 3/3-Wegeventils, in der die Radzylinder sowohl von der Druckmittelquelle als auch vom drucklosen Behälter abgetrennt sind, erst überwunden werden kann, wenn der Anker die Kraft der vorgespannten Feder auf der Betätigungsstange des dem ersten Schließglied zugeordneten Stößels überwunden hat. Es ist auf diese Weise eine Schwelle erzeugt, die überwunden werden muß, um das Öffnen des zweiten Schließgliedes einzuleiten. Die Mittelstellung läßt sich deshalb exakt einhalten, ohne daß ein sehr genaues Signal notwendig ist. Sie kann auch leicht durch unterschiedliche Härte bzw. eine unterschiedliche Vorspannung der Feder auf der Betätigungsstange verändert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß das erste Schließglied durch eine sehr weiche Feder gegen den Stößel gehalten ist. Diese Feder hält das erste Schließglied gegen seinen Stößel, wenn keine hydraulische Kompensationskraft vorhanden ist, das heißt, wenn der Druck in den Radzylindern gleich dem Druck in der Druckmittelquelle ist.
Eine weitere günstige Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß zwischen den beiden Stößeln ein Abstand vorgesehen ist, der dem Schließweg des ersten Schließgliedes entspricht. Durch diese Gestaltung kann das erste Schließglied schließen, ohne daß die Kraft der Schließfeder des zweiten Schließgliedes überwunden werden muß.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen: Figur 1 das erfindungsgemäße 3/3-Wegeventil im Längsschnitt Figuren 2 - 4 die Funktion des 3/3-Wegeventils unter Pulsbetrieb Das in der Figur 1 dargestellte 3/3-Wegeventil besteht aus einem Gehäuse 1 mit drei Druckmittelanschlüssen 2, 3 und 4. Der Druckmittelanschluß 2 ist mit einer Druckmittelquelle 5 verbunden.
Der Druckmittelanscfhluß 3 3 führt zu einem drucklosen Behalter 6, während der Druckmittelanschluß 4 zu den Radzylindern 7 einer hydraulischen Bremsanlage und damit zu den Verbrauchern führt.
Ein erstes Schlielied 8 wird von einem Stößel 9 gegen die Kraft einer schwachen Feder 10 in Abstand von einem Ventilsitz 11 gehalten.
Dadurch besteht eine Verbindung von dem Druckmittelanschluß 2 durch den Ventil sitz 11 zum Druckmittelanschluß 4 und damit zu den Radzylindern 7. Vom Druckmittelanschluß 2 führt eine Leitung 12 zu einem Gegendruck raum 43 auf der dem ersten Schließglied 8 abgewandten Seite des Stößels 9. Eine übliche Dichtung 14 dichtet den Gegendruckraum 13 zur Seite des ersten Schließgliedes 8 hin ab.
Der Stößel 9 hat eine Betätigungsstange 15, welche durch einen Anker 16 geführt ist.
Zwischen einem Bund 17 der Betätigungsstange 15 und einer Abstufung 18 der Betätigungsstange 15, gegen die eine Scheibe 19 anliegt, ist eine Feder 20 vorgespannt. Der Anker 13 ist dabei so ausgebildet, daß die Scheibe 19 gleichzeitig gegen einen Ansatz 21 des Ankers 16 anliegt.
Eine gegenüber der Feder 20 schwächere Feder 22 im Gegendruckraum 13 hält den Anker 16 in Anlage an einen gehäusefesten Anschlag 23. Dadurch ist in Ruhestellung das Schließglied 8 in Offenstellung, so daß jederzeit Druckmittel von der Druckmittelquelle 5 zu den Radzylindern gelangen kann.
Im Gehäuse 1 ist auf der dem Schließglied 8 gegenüberliegenden Seite ein weiteres zweites Schließglied 24 vorgesehen, welches von einer Feder 25 in Richtung des Ventilsitzes 26 vorgespannt wird. Dabei ist die Feder 25 stärker als die bisher genannten Federn 20, 22 und lo.
Durch einen Stößel 27 ist das zweite Schließglied 24 in Offenstellung bewegbar, wobei dann eine Druckmittelverbindung von den Radzylindern 7 über eine Leitung 28 und dem Ventilsitz 26 zum Druckmittelanschluß 3 und damit zum drucklosen Behälter 6 besteht. Zur Druck-Kompensation des Stößels 27 ist auf seiner, dem zweiten Schließglied 24 gegenüberliegenden Seite ein Gegendruckraum 29 gebildet, zu dem eine Abzweigleitung 30 von der Leitung 28 führt. Dadurch hat der Gegendruckraum 29 ständige Verbindung mit den Radzylindern 7. Zwischen dem Stößel 27 und dem Bund 17 der-Betätigungsstange 15 des Stößels 9 ist ein Abstand 31 vorgesehen, der genau dem Schließweg 32 des ersten Schließgliedes 8 entspricht.
Zum Verschieben des Ankers 16 und damit zur Betätigung der beiden Schließglieder 8 und 24 dient eine Magnetspule 32.
Das erf Indungsgemäße 3/3-Wegeventil wirkt wIe folgt: Es wird zunächst angenomen, daß die elektrische Spannung an der Magnetspule 32 langsam angehoben wirdo Auf den Anker 16 wirkt dann eine langsam ansteigende Magnetkraft, die, den Anker 6 in der Zeichnung gesehen nach links bewegen will. Sobald die Magnetkraft die Spannkraft der Feder 22 erreicht hat, beginnt sich der Anker 16, in der Zeichnung gesehen nach links zu bewegen und zieht die Betätigungsstange 15 mit. Dadurch kann das erste Schließglied 8 sich ebenfalls, in der Zeichnung gesehen nach links bewegen, bis daß es gegen seinen Ventilsitz 11 gelangt. Dadurch ist die Verbindung von der Druckmittelquelle 5 zu den Radzylindern unterhrochen.
Das 3/3-Wegeventil hat seine Mittelstellung erreicht.
Solange der Druck in den Radzylindern 7 gleich dem Druck der Druckmittelquelle 5 bleibt, verschieben sich bei weiterer Erhchung der Spannung der Anker 16 und damit die Betätigung stange 15 mit dem Stößel 9, in der Zeichnung gesehen weiter nach links, bis daß der Bund 17 gegen den Stößel 27 anliegt. Wird nun die Spulenspannung der Magnetspule 32 weiter angehoben, dann erreicht die Magnetkraft auf den Anker 16 nach einiger Zeit Gleichgewicht mit der Vorspannkraft der gefesselten Feder 20.
Bei weiterem Anstieg der Magnetspulenspannung legt sich der Anker 16 ebenfalls gegen den Stößel 27 an. Steigt nun die Magnetkraft noch weiter, bis daß die Kraft der Feder 25 überwunden wird, dann öffnet sich das Schließglied 24, wodurch die Radzylinder 7 an den drucklosen Behälter 6 angeschlossen werden.
Wird die Spannung an der Magnetspule 32 aus dieser Lage heraus wieder heruntergesetzt, dann läuft der vorbeschriebene Vorgang in umgekehrter Reihenfolge ab. Zur weiteren Beschreibung bzw. Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen 3/3-Wegeventils wird nun auf die Figuren 2, 3 und 4 Bezug genommen.
Die Figur 2 zeigt, wie das Ventil sich unter Pulsbetrieb verhält, wobei die Wiederholungsfrequenz der Pulse hoch ist. Durch eine hubintegrierende Aktion im Ventil geht es über mehrere Pulse in seine in Figur 1 gesehen linke Stellung, in der die Druckmittelquelle 5 von den Radzylindern 7 abgetrennt ist und die Radzylinder 7 mit dem drucklosen Behälter 6 verbunden sind. Bei jeder Pulslücke kann der Anker 16 nur teilweise abfallen. Das Schließglied 24 ist zur größten Zeit geöffnet, während das Schließglied 8 geschlossen ist.
Dadurch sind die Radzylinder 7 überwiegend mit dem drucklosen Behälter 6 verbunden. Wird die Wiederholungsfrequenz verkleinert, das heißt To vergrößert, dann bleibt das Schließglied 24 länger geschlossen und der Druckabbau in den Radzylindern 7 wird langsamer.
Wird To noch weiter vergrößert, dann bekommt der Anker 16 so viel Zeit zum Abfallen, daß ein Hubvorgang gemäß Figur 3 abläuft. Dadurch wird nach einigen Pulsen wieder Druckaufbau zugelassen, das heißt, daß Schließglied 24 schließt, während das Schließglied 8 öffnet.
Bei noch weiterer Verlängerung von To (noch langsamere Pulsfrequenz) bleibt die Verbindung von der Druckmittelquelle 5 zu den Radzylindern 7 immer länger geöffnet, so daß der Druckaufbau in den Radzylindern 7 schneller erfolgt.
Bei einer Pulsfrequenzfolge zwischen der nach den Figuren 2 und 3 bleiben, wie die Figur 4 zeigt, beide Schließglieder 24 und 8 im geschiossenen Zustand, so daß die Radzylinder sowohl von der Druckmittelquelle 5 als auch vom drucklosen Behälter 6 abgetrennt sind.
Es ergibt sich somit für die Funktionsweise folgendes Fazit: Das erfindungsgemäße 3/3-Wegeventil kann in Abhängigkeit von der Frequenz der elektrisch angelegten Pulse a im Verbraucher bei hohen Pulsfrequenzen Druck abbauen, wobei die Druckabbau-Steilheit von einem maximalen Wert bis minimal null gewählt werden kann, oder b in einem Verbraucher ein bestimmtes Druckniveau durch Wahl einer Pulsfrequenz etwas niedriger als unter a konstant halten, oder c in einem Verbraucher bei niedrigen Pulsfrequenzen (niedriger als in b) Druck aufbauen, wobei die Druckaufbau-Steilheit von O bis maximal gewählt werden kann. Der rascheste Druckaufbau ist dann möglich.
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Claims

Ansprüche Elektromagnetisch gesteuertes 3/3-Wegeventil mit einer, über ein erstes Schließglied geführten ersten Druckmittelverbindung von inner Druckmittelquelle zu Radzylindern eine hydraulischen Fahrzeugbremse und mit einer über ein zweites Schließglied geführten zweiten Druckmittelverbindung von den Radzylindern zu einem drucklosen Behälter und mit einem zwischen den Schließgliedern angeordneten Anker, der durch Federkraft in eine Grundstellung gehalten ist, in der das erste Schließglied sich in Offenstellung befindet und der durch Magnetkraft gegen die Federkraft in eine Zwischenstellung bewegbar ist, in der die beiden Schließglieder sich in Schließstellung befinden und der durch stärkere Magnetkraft gegen die Federkraft in eine Endstellung bewegbar ist, in der das erste Schließglied geschlossen und das zweite Schließglied geöffnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e daß zur Betätigung der Schließglieder (8, 24) im Gehäuse (1) des 3/3-Wegeventils zwei dichtend geführte Stößel (9, 27) vorgesehen sind, wobei auf der den Schließgliedern (8, 24) abgewandten Seite der Stößel (9, 27) jeweils ein Gegendruckraum (13, 29) gebildet ist, und daß der auf der Seite des ersten Schließgliedes (9) gelegene Gegendruckraum (13) mit der Druckmittelquelle (5) und der auf der Seite des zweiten Schließgliedes (24) gelegene Gegendruckraum (29) mit den Rad- zylindern (7) ständige Verbindung hat.
2. Elektromagnetisch gesteuertes 3/3-Wegeventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der dem ersten Schließglied (8) zugeordnete Stößel (9) eine Betätigungsstange hat (15), welche durch den Anker (16) geführt ist und an der eine Feder (20) gefesselt ist, welche auf der Seite des ersten Schließgliedes (8) über eine auf der Betätigungsstange (15) verschiebbare Scheibe (19) sowohl gegen einen Ansatz (21) des Ankers (16) als auch gegen eine Abstufung (18) der Betätigungsstange (15) anliegt und daß in dem dem ersten Schließglied (8) zugeordneten Gegendruckraum (13) eine Feder (22) vorgesehen ist, welche schwächer als die gefesselte Feder (20) ist und gegen eine schließgliedseitige Ringfläche des Stößels (9) und einen gehäusefesten Anschlag anliegt und dadurch den Anker (16) in eine Grundstellung gegen einen gehäusefesten Anschlag (23) vorspannt und daß das zweite Schließgiied (24) durch eine stärkere Feder (25) als die gefesselte Feder <2o) in Schließstellung vorgespannt ist.
3. Iektroanetisch gesteuertes 3/3-Wegeventil nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das erste Schließglied (8) durch eine sehr weiche Feder (lo) gegen den Stößel gehalten ist.
4. Elektromagnetisch gesteuertes 3/3-Wegeventil nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den beiden Stößeln (27, 9) ein Abstand (31) vorgesehen ist, der dem Schließweg (32) des ersten Schließgliedes (8) entspricht oder geringfügig grösser sein kann.

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