DE3327683C2 - Steuerventileinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerventileinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Eine derartige Steuerventileinrichtung ist aus der DE-OS 22 55 217 bekannt.

Die bekannte Steuerventileinrichtung ist als Relaisventil ausgebildet, dessen Beaufschlagung mit Steuerdruck über ein Hilfsventil erfolgt. Der vom Relaisventil ausgesteuerte Druck ist abhängig von dem von der Hilfsventileinrichtung in die Steuer­ kammer des Relaisventils eingesteuerten Steuerdruck und dem Flächenverhältnis der einander entgegengerichteten Wirkflächen des Relaiskolbens, der einerseits vom Steuerdruck und andererseits vom ausgesteuerten Druck des Relaisventils beauf­ schlagt wird.

Da das kombinierte Einlaß- und Auslaßventil eines Relaisventils vom Relaiskolben betätigt und stets in seine Abschlußstellung gebracht wird (Einlaß- und Auslaßventil geschlossen), wenn der vom Relaisventil ausgesteuerte Druck die vom Steuerdruck und dem Flächenverhältnis am Relaiskolben abhängige Höhe erreicht hat, kann der Durchlaßquerschnitt des Einlaßventils oder auch des Auslaßventils während eines Drucksteuervorgangs weder konstantgehalten noch gewollt verändert werden. Bei Druckschwankungen dagegen kann sich der Durchlaßquerschnitt des Einlaßventils oder des Auslaßventils unkontrolliert ändern.

Eine derartige, als Relaisventil ausgebildete Steuerventileinrichtung eignet sich deshalb nicht ohne weiteres für Einsatzzwecke, bei denen eine feinfühlige Drucksteuerung erforderlich ist. Dies ist z. B. bei der achslastabhängigen Bremsdruckregelung in der Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs notwendig.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Steuerventileinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche es ermöglicht, sowohl den Druckaufbau als auch den Druckabbau in einer Druckmittelanlage bzw. in einer druckmittelbetätigten Einrichtung stufenlos verändern zu können.

Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen aufgezeigt.

Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, den Öffnungsquerschnitt des Einlaß­ ventils und des Auslaßventils zwecks feinfühliger Drucksteuerung stufenlos verändern zu können.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der mit dem Einlaßventilsitz zusammenwirkende Ventilkörper aus elastischem Material gefertigt und wird von einer Feder auf seinem Ventilsitz gehalten, so daß das Einlaßventil der Steuerventilein­ richtung nicht auf kleine Drucksprünge in der Steuerdruckkammer, die aus den Tot­ zeiten der Magnetventile resultieren, reagiert.

Aus der DE-OS 20 50 120 ist eine Steuerventileinrichtung bekannt, bei welcher ein kombiniertes Einlaß- und Auslaßventil mittels eines von einer Feder in Öffnungsrichtung des Einlaßventils beaufschlagten Steuerkolbens betätigbar ist. Die von der der Feder abgewandten Seite des Steuerkolbens begrenzte Steuerkammer der Steuerventilein­ richtung ist durch eine Gehäusewand von der Druckmitteleingangskammer und der Druckmittelausgangskammer der Steuerventileinrichtung getrennt. Ein die Feder aufnehmender Kolbenrückraum der Steuerventileinrichtung, der von der der Steuerkammer abgewandten Seite des Steuerkolbens begrenzt wird, ist über eine Entlüftungsöffnung des Gehäuses der Steuerventileinrichtung mit der Atmosphäre verbunden. Am Steuerkolben ist ein hohler Ventilstößel angeordnet, an den eine den Steuerkolben durchdringende Bohrung anschließt. Der Ventilstößel ist durch eine Durchgangsöffnung in der Gehäusewand abgedichtet hindurchgeführt und erstreckt sich mit seinem als Auslaßsitz für das kombinierte Einlaß- und Auslaßventil ausgebildeten freien Ende durch die Druckmittelausgangskammer und einen gehäuse­ festen Einlaßsitz des kombinierten Einlaß- und Auslaßventils hindurch bis in die Druckmitteleingangskammer hinein. Auf dem Auslaßsitz wird in der Offenstellung des Einlaßventils ein federbelasteter Doppelventilkörper des kombinierten Einlaß- und Auslaßventils gehalten.

Wird mittels dieser Steuerventileinrichtung ein Verbraucher mit Druckmittel versorgt, so strömt von der Eingangskammer über das Einlaßventil des kombinierten Einlaß- und Auslaßventils Druckmittel zur Ausgangskammer und von dieser weiter zum Ver­ braucher. Bei diesem Vorgang wird der Steuerkolben nicht von dem Druckmittel in der Ausgangskammer beeinflußt, da die Ausgangskammer bei geschlossenem Auslaßventil druckdicht vom Steuerkolben getrennt ist. Wird aber der Verbraucher über die Steuerventileinrichtung entlüftet, so gelangt das vom Verbraucher abströmende Druckmittel durch die Ausgangskammer, das Auslaßventil und den hohlen Ventilstößel sowie die den Steuerkolben durchdringende Bohrung in den die Feder enthaltenden Kolbenrückraum. Durch die dabei im Kolbenrückraum auftretende Staudruckbildung kann über den Steuerkolben und den hohlen Ventilstößel eine Beeinflussung des Auslaßventils und des Einlaßventils des kombinierten Einlaß- und Auslaßventils erfolgen.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachstehend näher erläutert.

Die Abbildung zeigt eine Steuerventileinrichtung, deren mit einem Ventilsitz versehener Steuerkolben über ein Magnetventil mit Druckluft beaufschlagbar und gegen die Kraft einer Feder verschiebbar ist. Der Steuerkolben ist mit einem Doppelventilkörper in Wirkverbindung bringbar, welcher mit einem gehäusefesten Ventilsitz und dem am Steuerkolben angeordneten Ventilsitz ein kombiniertes Einlaß- und Auslaßventil bildet, über wel­ ches der Druck in einem Verbraucher stufenlos aufgebaut bzw. abgesenkt werden kann.

In einem Ventilgehäuse 1 ist ein Steuerkolben 5 mittels eines Dichtringes 4 abge­ dichtet verschiebbar angeordnet. Der Steuerkolben 5 be­ grenzt mit seiner dem Deckel 2 zugewandten Seite eine Steuerkammer 6, welche über einen Kanal 3 mit einer in der Wandung des Ventilgehäuses 1 angeordneten Magnetven­ tileinrichtung 39 verbunden ist. Die Magnetventilein­ richtung besteht aus einem Magnet-Einlaßventil und einem Magnet-Auslaßventil. Das Magnet-Einlaßventil steht über eine Bohrung 38 mit einer Eingangskammer 35 in Verbindung. Über einen Druckmitteleingang 36 ist die Eingangskammer 35 mit einer nicht dargestellten Druck­ mittelquelle verbunden.

Der Steuerkolben 5 weist auf seiner der Steuerkammer 6 abgewandten Seite einen Fortsatz 8 auf, welcher an sei­ nem freien Ende eine konisch ausgebildete Anformung 17 besitzt. Die Anformung 17 bildet zusammen mit einer diese umgebenden Ringfläche 16 einen Ventilsitz 16, 17. Der Fortsatz 8 des Steuerkolbens 5 erstreckt sich durch eine Ausnehmung 42 eines im Ventilgehäuse 1 angeordneten topfförmigen Einsatzes 13 hindurch in eine Ausgangskam­ mer 19, die von dem Einsatz 13 begrenzt wird. Die Aus­ gangskammer 19 steht über einen Druckmittelausgang 20 und eine Druckmittelleitung 21 mit einem hier nicht dar­ gestellten Verbraucher in Verbindung.

In einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut des Fort­ satzes 8 ist ein Dichtring 9 gelagert, welcher dichtend an der die Ausnehmung 42 des Einsatzes 13 begrenzenden Wandung anliegt. Auf dem an das Ventilgehäuse 1 angren­ zenden Rand des Einsatzes 13 stützt sich eine starke Druckfeder 12 ab, welche den Steuerkolben 5 in Richtung auf die Steuerkammer 6 zu beaufschlagt. Über eine in der Ventilgehäusewandung vorgesehene Atmungsbohrung 15 ist der Federraum 14 mit der Atmosphäre verbunden. Ein Dichtring 18, welcher in einer Umfangsnut des Einsatzes 13 gelagert ist und dichtend an der Innenwand des Ven­ tilgehäuses 1 anliegt, verhindert das Austreten von Druckmittel aus der Ausgangskammer 19 über den Feder­ raum 14 und Atmungsbohrung 15 zur Atmosphäre hin.

Am Steuerkolben 5 ist ein sich radial nach außen er­ streckender Vorsprung 11 vorgesehen, der an einer Stufe 10 des Ventilgehäuses 1 zur Anlage bringbar ist, wo­ durch der Hub des Steuerkolbens 5 in Richtung auf die Steuerkammer 6 zu begrenzt wird. In Richtung von der Steuerkammer 6 weg wird der Hub des Steuerkolbens 5 von dem dem Steuerkolben 5 zugewandten Randbereich 43 des Einsatzes 13 begrenzt. Die Eingangskammer 35 der Steuerventileinrichtung ist durch eine im Ventilge­ häuse 1 angeordnete Wand 26, 40 von der Ausgangskammer 19 getrennt. Die Wand 26, 40 weist eine koaxial zum Fortsatz 8 des Steuerkolbens 5 angeordnete Führungsboh­ rung für einen Doppelventilkörper auf. An der die Füh­ rungsbohrung begrenzenden Wandung ist ein sich in Rich­ tung auf die Eingangskammer 35 zu erstreckender umlau­ fender Vorsprung vorgesehen, welcher als Einlaßventil­ sitz 37 ausgebildet ist.

Der Doppelventilkörper besteht aus einem als Entlüf­ tungsrohr 33 ausgebildeten Trägerrohr, an welchem ein in Umfangsrichtung verlaufender erster Dichtkörper 34 und ein ebenfalls in Umfangsrichtung verlaufender zwei­ ter Dichtkörper 41 angeordnet sind. Der erste Dichtkör­ per 34 bildet zusammen mit dem gehäusefesten Ventilsitz 37 ein Einlaßventil 34, 37 und der zweite Dichtkörper 41 bildet zusammen mit dem am Fortsatz 8 des Steuer­ kolbens 5 angeordneten Ventilsitz 16, 17 ein Auslaßven­ til 41, 16, 17.

Über das Einlaßventil 34, 37 ist die Eingangskammer 35 mit der Ausgangskammer 19 und über das Auslaßventil 41, 16, 17 ist die Ausgangskammer 19 über das Entlüftungs­ rohr 33 mit der Atmosphäre verbindbar. Das Entlüftungs­ rohr 33 wird zusätzlich in einem am Boden des Ventilge­ häuses 1 befestigten, mit einem Rand versehenen rohrför­ migen Körper 29 mittels eines Dichtringes 32 abgedichtet geführt. Auf dem Rand 27 des rohrförmigen Körpers 29 stützt sich eine Druckfeder 28 mit ihrem einen Ende ab und beaufschlagt mit ihrem anderen Ende den ersten Dichtkörper 34 in Richtung auf den Einlaßventilsitz 37 zu. Der erste Dichtkörper 34 ist aus elastischem Mate­ rial gefertigt, so daß geringe Verschiebebewegungen des Doppelventilkörpers nicht zum Öffnen des Einlaßventils 34, 37 führen.

Im Boden des Ventilgehäuses 1 ist in einer Entlüftungs­ öffnung ein Gummiteller 31 vorgesehen, welcher an einem Gehäusesteg 30 befestigt ist. An die den Druckmittel­ ausgang 20 mit dem Verbraucher verbindende Druckmittel­ leitung 21 ist eine Auswerte- und Regelschaltung 22 an­ schlossen. Über Signalleitungen 24, 25 ist der Ausgang der Auswerte- und Regelschaltung 22 mit der Magnetven­ tileinrichtung 39 verbunden. Der Eingang der Auswerte- und Regelschaltung 22 steht über eine Signalleitung 23 mit einem nicht dargestellten Soll-Wert-Geber in Ver­ bindung.

Die Funktion der im verstehenden beschriebenen Steuer­ ventileinrichtung wird nachstehend näher erläutert.

Es wird angenommen, daß die Steuerventileinrichtung in der Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, bei welchem die Bremskraft in Abhängigkeit von der Achs­ last geregelt werden soll.

Bei Betätigen des Bremsventils wird gleichzeitig eine Spannung an das Magnet-Einlaßventil der Magnetventil­ einrichtung 39 angelegt. Das Magnet-Einlaßventil ge­ langt in die Offenstellung. Von der Eingangskammer 35 strömt Druckluft durch die Bohrung 38, das geöffnete Magnet-Einlaßventil und den Kanal 3 in die Steuerkam­ mer 6. Der sich in der Steuerkammer 6 aufbauende Druck verschiebt den Steuerkolben 5 und somit auch den mit dem Ventilsitz 16, 17 versehenen Fortsatz 8 des Steuer­ kolbens 5 gegen die Kraft der Feder 12 in Richtung auf den Doppelventilkörper 41, 34, 33 zu. Sobald der Auslaß­ ventilsitz 16, 17 am Dichtkörper 41 zur Anlage kommt, ist das Auslaßventil 16, 17, 41 geschlossen.

Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Steuerkolbens 5 wird der Doppelventilkörper 41, 34, 33 vom Fortsatz 8 des Steuerkolbens 5 mitgenommen. Der Dichtkörper 34 hebt vom Einlaßventilsitz 37 ab. Durch das jetzt geöff­ nete Einlaßventil 34, 37 strömt Druckluft aus der Ein­ gangskammer 35 in die Ausgangskammer 19 und weiter durch den Druckmittelausgang 20 sowie die Druckmittel­ leitung 21 zu den Radbremszylindern der Hinterachse des Fahrzeugs.

Ist der einer bestimmten Achslast zugeordnete Druck in den Radbremszylindern der Hinterachse erreicht, so wird von der Auswerte- und Regelschaltung 22 ein Steuersig­ nal auf die Magnetventileinrichtung 39 gegeben, welches bewirkt, daß das Magnet-Einlaßventil schließt und das Magnet-Auslaßventil öffnet. Der Druck in der Steuerkam­ mer 6 wird jetzt soweit abgebaut, daß der von der Feder 12 in Richtung auf die Steuerkammer 6 zu bewegte Steuer­ kolben eine Stellung erreicht, in welcher der Dichtkör­ per 34 des Doppelventilkörpers 41, 34, 33 am Ventilsitz 37 zur Anlage kommt. Das Einlaßventil 34, 37 ist jetzt geschlossen und der Druck in den Radbremszylindern wird gehalten.

Verringert sich die Belastung der Hinterachse während des Bremsvorganges, so daß die Gefahr des Blockierens der Räder der Hinterachse besteht, so wird von einer Sensoreinrichtung (Achslast-Sensor) ein entsprechendes Signal auf die Auswerte- und Regelschaltung 22 gegeben. In der Auswerte- und Regelschaltung wird der vom Sensor­ signal angesprochene Soll-Druckwert mit dem Ist-Druck­ wert verglichen. Liegt der Ist-Druckwert über dem Soll- Druckwert, so wird das Magnet-Auslaßventil der Magnet­ ventileinrichtung 39 angesteuert und in die Offenstel­ lung gebracht. Der Druck in der Steuerkammer 6 sinkt weiter ab und der Steuerkolben 5 fährt weiter nach oben. Dabei wird der Ventilsitz 16, 17 vom Ventilkörper 41 abgehoben. Über das jetzt geöffnete Auslaßventil 16, 17, 41 sowie das Entlüftungsrohr 33 wird der Druck in der Ausgangskammer 19 und somit auch der Druck in den Radbremszylindern abgesenkt.

Nähert sich der Ist-Druckwert dem Soll-Druckwert, so wird von der Auswerte- und Regelschaltung 22 ein Steuer­ signal auf die Magnetventileinrichtung 39 gegeben. Die Magnetventileinrichtung 39 schaltet um, derart, daß die Verbindung von der Steuerkammer 6 zur Atmosphäre unter­ brochen und die Eingangskammer 35 mit der Steuerkammer 6 verbunden ist. Der in der Steuerkammer 6 wieder an­ steigende Druck verschiebt den Steuerkolben 5 und somit auch den den Auslaßventilsitz 16, 17 tragenden Fortsatz 8 in Richtung auf den Ventilkörper 41 des Auslaßventils 16, 17, 41 zu. Der Auslaßquerschnitt des Auslaßventils 16, 17, 41 verringert sich dabei und der Druck in der Ausgangskammer 19 und somit auch der Druck in den Brems­ zylindern wird verlangsamt abgebaut, bis bei Gleichheit zwischen dem Ist-Druckwert und dem Soll-Druckwert die abgeschlossene Mittelstellung wieder erreicht ist. Auf diese Art und Weise wird ein feinfühliges Annähern des Ist-Druckwertes an den Soll-Druckwert erreicht.

Bedingt dadurch, das der Ventilkörper 34 des Einlaßven­ tils 34, 37 aus elastischem Material gefertigt ist, wird das Einlaßventil 34, 37 nicht sofort nach Schließen des Auslaßventils 16, 17, 41 in die Offenstellung ge­ bracht. Durch die Taktzeit des Magnetventils bedingte kleine Drucksprünge in der Steuerkammer 6 können durch diese Maßnahme nicht zum ungewollten Öffnen des Einlaß­ ventils 34, 37 führen, so daß eine abgeschlossene Mit­ telstellung gehalten werden kann.

Die Auswerte- und Regelschaltung kann z. B. proportional zur Differenz zwischen einem Ist-Wert und einem Soll- Wert das Einlaßventil 34, 37 bzw. das Auslaßventil 16, 17, 41 stetig in seinem Querschnitt verändern, so daß es bei großer Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert ganz geöffnet und bei kleiner Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert nur wenig geöffnet ist.

Die beschriebene Steuerventileinrichtung eignet sich besonders gut zur Steuerung des Druckes in einem Re­ tarder eines Kraftfahrzeugs. Da sich bei einem Retar­ der das zu regelnde Druckmittelvolumen ständig ändert, ist es durch die Veränderung des Öffnungsquerschnittes des Einlaßventils 34, 37 bzw. des Auslaßventils 16, 17, 41 möglich, trotz des sich ändernden Volumens den Druck feinstufig zu verändern oder konstant zu halten.

Claims (7)

1. Steuerventileinrichtung mit folgenden Merkmalen:

• a) es ist ein Doppelventilkörper (33, 34, 41) vorgesehen, welcher mit einem gehäusefesten ersten Ventilsitz (37) ein erstes Ventil (34, 37) und mit einem beweglichen zweiten Ventilsitz (16, 17) ein zweites Ventil (16, 17, 41) bildet;
• b) der bewegliche zweite Ventilsitz (16, 17) ist mit einem Steuerkolben (5) ver­ bunden, welcher vom Druck aus einer Steuerkammer (6) in Richtung auf den Doppelventilkörper (33, 34, 41) beaufschlagbar ist;
• c) es sind eine mit einer Druckmittelquelle verbundene Eingangskammer (35) und eine mit einem Verbraucher verbundene Ausgangskammer (19) vorgesehen;
• d) die Eingangskammer (35) ist über das erste Ventil (34, 37) mit der Ausgangs­ kammer (19) verbindbar, und die Ausgangskammer (19) ist über das zweite Ventil (16, 17, 41) mit der Atmosphäre verbindbar;
• e) es ist eine Feder (12) vorgesehen, welche derart angeordnet ist, daß ihre Kraft der Kraft des auf den Steuerkolben (5) einwirkenden Druckes entgegengerichtet ist;
• f) es ist eine Hilfs-Ventileinrichtung (39) vorgesehen, über welche die Steuerkammer (6) be- und entlüftbar ist;
• g) die Hilfs-Ventileinrichtung (39) steht mit einer Auswerte- und Regelschaltung (22) in Verbindung, deren Ausgangssignale zum Schalten der Hilfs-Ventileinrichtung (39) dienen;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• h) der Steuerkolben (5) ist druckdicht von der Ausgangskammer (19) und der Ein­ gangskammer (35) getrennt angeordnet;
• i) der Steuerkolben (5) weist ein zur Betätigung des Ventilsitzes (16, 17) dienendes Übertragungsglied (8) auf, das abgedichtet durch eine Ausnehmung (42) in einer Wandung der Ausgangskammer (19) geführt ist;
• k) die vom Druck in der Ausgangskammer (19) gegen das Übertragungsglied (8) beaufschlagte Fläche des zweiten Ventilsitzes (16, 17) ist vernachlässigbar klein gegenüber der vom Druck beaufschlagten Fläche des Steuerkolbens (5);
• l) die gegen den Steuerkolben (5) wirkende Feder (12) ist außerhalb der Aus­ gangskammer (19) angeordnet.

2. Steuerventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs- Ventileinrichtung (39) im oder am Ventilgehäuse (1) der Steuerventileinrichtung angeordnet ist.

3. Steuerventileinrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Hilfs-Ventileinrichtung (39) mit der Eingangskammer (35) der Steuerventileinrichtung verbunden ist.

4. Steuerventileinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtkörper (34) des als Einlaßventil (34, 37) dienenden ersten Ventils aus elastischem Material gefertigt ist.

5. Steuerventileinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkörper (34) des Einlaßventils (34, 37) von einer Feder (28) in Richtung auf den Einlaßventilsitz (37) zu beaufschlagt wird.

6. Steuerventileinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs-Ventileinrichtung (39) als eine ein Einlaßventil und ein Auslaßventil aufweisende Magnetventileinrichtung ausgebildet ist.