DE3427807A1

DE3427807A1 - Lastabhaengiges drucksteuerventil fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE3427807A1
Application number: DE19843427807
Authority: DE
Inventors: Glyn Phillip Reginald Leek Wootton Warwickshire Farr
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1983-07-29
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1985-02-07
Also published as: IT8422053A0; GB2144499B; FR2549789A1; IT1176480B; GB2144499A; US4579392A; FR2549789B1; GB8320500D0; JPS6099751A

Description

DIPL.-ING. GERHARD PULS (l9J2-I97l)

3 U 2 7 3 ü 7 DIPL-INCiDIPU-VIRTSCH₁-INC

lA-58 496 D-8000 MÜNCHEN 90

Anm.: Lucas Ind. Schweigerstrasses

telefon=

27. Juli 1984

telegramm: protectpatent Telex: 524070

Lastabhängiges Drucksteuerventil für Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein lastabhängiges Drucksteuerventil, insbesondere ein Bremsdruckminderventil vorzugsweise zum Verringern des hinteren bzw. Hinterrad-Bremsdruckes gegenüber dem vorderen bzw. Vorderrad-Bremsdruck bei einem Kraftfahrzeug mit Vorderradantrieb.

Es ist bekannt, in die hydraulische Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges ein oder mehrere lastabhängige Bremsdruckminderventile einzugliedern, deren Wirkung darin besteht, daß, wenn der Anlagen- bzw. Betriebsbremsdruck einen als der "Einschaltdruck" oder "Einsprung" bekannten Grenzwert übersteigt, jeder nachfolgende Bremsdruckanstieg auf die vorderen bzw. Vorderradbremsen in vollem Maße, auf die hinteren bzw. Hinterradbremsen aber nicht in vollem Maße übertragen wird. Derartige Ventile enthalten Einrichtungen zum Erfassen der Beladung des Fahrzeuges, um den Einschaltdruck zu modifizieren.

Eine zum Erfassen der Fahrzeugbeladung zweckdienliche Einrichtung stellt die in den Aufhängungsfedern des Fahrzeuges vorhandene bzw. wirkende Federkraft fest. Bisher wurde es als undurchführbar betrachtet, daß die volle Last der Auf-

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hängungsfeder auf das Steuerglied des Drucksteuerventils ausgeübt werden kann. Deshalb sind verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die von der Federlast einen bestimmten Anteil auf das Steuerventilglied zu übertragen vermögen. Derartige Anordnungen weisen gewöhnlich eine Reihe von Hebeln auf (US-A-4150855) oder benutzen eine elastische Dosieranordnung (GB-A-I557006) oder eine hydraulische Dosieranordnung (GB-A-2100377). In jedem Falle ist das Ziel, auf das Steuerglied des Druckminderventils einen festen prozentualen Anteil der Fahrzeugfederlast zu übertragen, derart, daß die Gesamtkräfte, denen das Steuerglied ausgesetzt ist, klein sind gegenüber der üblichen Fahrzeugfederlast, aber dennoch dieser proportional sind.

Wenngleich die Notwendigkeit einer Anordnung zum Dosieren der Federlast allgemein anerkannt worden ist, ist von solchen Anordnungen bekannt, daß ihnen mehrere Nachteile anhaften. Sie enthalten Bauteile, die insbesondere mit ziemlich kritischen Toleranzen hergestellt werden müssen, um sicherzustellen, daß die auf das Steuerglied übertragene Last der angestrebte Anteil an der Gesamtfederlast ist. Wenngleich die Dosieranordnung im Neuzustand zufriedenstellend arbeiten kann, nimmt die Leistung während der Lebensdauer des Fahrzeuges unvermeidlich ab, wenn nicht regelmäßig kritische Bauteile ersetzt und/oder kritische Größen nachgestellt werden.

Gemäß einem Lösungsgedanken der Erfindung hat ein lastabhängiges Drucksteuerventil

- ein Ventilgehäuse,

- einen Einlaß für Bremsflüssigkeit im Ventilgehäuse,

- einen Auslaß für Bremsflüssigkeit im Ventilgehäuse,

- einen im Ventilgehäuse verschieblich angeordneten Steuerkolben zum Steuern der Verbindung zwischen Einlaß und Auslaß, der durch Bremsdruck im Ventilgehäuse in die Richtung gedrängt wird, in der er den Auslaß vom Einlaß trennt,

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- einen mechanisch festen kraftübertragenden Federsitz für eine Feder der Fahrzeugaufhängung, der mit dem Steuerkolben starr verbunden ist, derart, daß die Federkraft der Aufhängungsfeder den Steuerkolben entgegengesetzt zu der Richtung drängt, in die er durch Bremsdruck im Ventilgehäuse gedrängt wird, und

- eine Ausgleichsfeder, die auf den Steuerkolben in der Richtung wirkt, in der sie der Aufhängungsfeder entgegenwirkt, derart, daß die auf den Steuerkolben ausgeübte Überschußkraft gleich ist der Differenz zwischen der Kraft der Aufhängungsfeder und der Kraft der Ausgleichsfeder.

Gemäß der Erfindung wird zum Übertragen eines Anteils der Federlast der Fahrzeugaufhängungsfeder auf das Steuerglied keine Dosiereinrichtung benutzt, und folglich sind die mit der Verwendung solcher Einrichtungen verbundenen, weiter oben angegebenen Schwierigkeiten überwunden. Das Drucksteuerventil ist daher zu besonders niedrigen Kosten herstellbar, zuverlässig und von anhaltender Güte im Betrieb.

Bei der Erfindung ist die auf den Steuerkolben ausgeübte Überschußkraft gleich der Differenz zwischen der Gesamtkraft der Aufhängungsfeder und der Kraft der Ausgleichsfeder. Bei der bevorzugten Ausführungsform bewegt sich der Steuerkolben um einen sehr kleinen Betrag, und folglich ist die Ausgleichsfeder von zumindest annähernd konstanter Länge und übt auf den Steuerkolben eine zumindest annähernd konstante Kraft aus. Somit ist die auf den Steuerkolben ausgeübte Überschußkraft gleich der in Übereinstimmung sowohl mit der statischen als auch der dynamischen Belastung des Fahrzeuges veränderlichen Last der Fahrzeugaufhängungsfeder, vermindert um einen festen konstanten Betrag.

Damit sich der Steuerkolben bei dem gewünschten Einschaltdruck gegen die relativ große Federkraft, der er ausgesetzt

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ist, bewegen kann, hat er eine verhältnismäßig große wirksame Querschnittsfläche. Normalerweise wird eine große Querschnittsfläche für einen derartigen Kolben als unerwünscht angesehen, weil durch eine Bewegung des Kolbens ein beträchtliches Volumen an Bremsflüssigkeit absorbiert werden würde. Diese Schwierigkeit wird bei der bevorzugten Ausführungsform durch sorgfältiges Einhalten der Toleranzen bei der Ventilherstellung überwunden, wodurch die gesamte Axialverstellung des Steuerkolbens sehr klein gehalten wird. Dementsprechend wird bei einer Bewegung des Steuerkolbens ein so kleines Gesamtvolumen an Bremsflüssigkeit absorbiert, daß es akzeptabel ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein in eine Fahrzeugaufhängung eingebautes lastabhängiges Drucksteuerventil gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch das Ventil und Fig. 3 die Betriebskennlinien des in Fig. 2 dargestellten Ventils.

Gemäß Fig. 1 gehört zur Aufhängung eines Hinterrades bei einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb ein Arm 1, der an der Fahrzeugkarosserie 2 um eine Achse 3 vertikal bewegbar angelenkt ist. Auf dem Ende des Arms 1 ist in herkömmlicher Weise ein Rad 4 angeordnet, und es ist eine beim gezeigten Beispiel als Schraubenfeder ausgebildete Aufhängungsfeder 5 vorgesehen, die zwischen einem oberen und einem unteren Federsitz 6 bzw. 7 wirkt und für ein zweckdienliches Fahrverhalten des Fahrzeuges sorgt.

Der untere Federsitz 7 ist nicht mit dem Aufhängungsarm 1 starr verbunden, sondern an einem Steuerkolben 8 eines beim gezeigten Beispiel als Druckminderventil ausgebildeten lastabhängigen Drucksteuerventils 9 befestigt. Dessen Gehäuse 10 ist an einem zweckdienlichen Sitz 11 auf dem Arm 1 angeordnet.

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Zwischen dem Ventilgehäuse 10 und dem Federsitz 7 wirkt eine Ausgleichsfeder 12, derart, daß ein Teil der Last der Aufhängungsfeder 5 über die Ausgleichsfeder 12 auf das Ventilgehäuse 10 übertragbar ist und die auf den Steuerkolben 8 nach unten wirkende Überschußkraft gleich ist der Differenz zwischen den von der Aufhängungsfeder 5 und der Ausgleichsfeder 12 ausgeübten Kräften.

Gemäß Fig. 2 hat das Ventilgehäuse 10 einen an eine Quelle für Bremsflüssigkeit anschließbaren Einlaß 13 und einen an eine oder mehrere Hinterradbremsen anschließbaren Auslaß 14 für Bremsflüssigkeit. Der Einlaß 13 und der Auslaß 14 stehen mit einer Stufenbohrung im Ventilgehäuse 10 in Verbindung, die einen oberen Abschnitt 15 von einer Querschnittsfläche A und einen Abschnitt 16 von größerem Durchmesser als der Abschnitt 15 aufweist.

Der Steuerkolben 8 ist im oberen Abschnitt 15 der Stufenbohrung verschieblich und unter Abdichtung angeordnet und trägt einen vergrößerten Kopf 17, der im unteren Bohrungsabschnitt 16 verschieblich und unter Abdichtung angeordnet ist. Die Stufenbohrung ist an ihrem unteren Ende mit einem Verschlußstopfen 18 verschlossen.

Im Steuerkolben 8 ist eine Bohrung 19 ausgebildet und mit einem Endstopfen 20 verschlossen, der mit einer unteren Stirnfläche 21 an die Oberseite 22 des Verschlußstopfens 18 anlegbar ist. Der Endstopfen 20 weist eine zentrale Bohrung auf, deren oberes Ende einen Ventilsitz 23 bildet, an den ein Ventilverschlußglied 24 durch eine Ventilfeder 25 angepreßt ist. Am Verschlußstopfen 18 ist ein Zapfen 26 befestigt, der über die Oberseite 22 so weit hinausragt, daß bei Anlage der Stirnfläche 21 an der Oberseite 22 das Ventilverschlußglied 24 in einem kleinen und genau eingehaltenen Abstand von z.B. 0,2 mm vom Ventilsitz 23 gehalten ist. Bei dieser Konfiguration der

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Bauteile ist über eine Einlaßkammer 26', radiale Durchlässe 27 im Steuerkolben 8, die zentrale Bohrung im Endstopfen 20, radiale Schlitze 28 im unteren Endstück des Endstopfens 20 und eine Auslaßkammer 29 eine Leitung zwischen dem Einlaß 13 und dem Auslaß 14 für Bremsflüssigkeit hergestellt.

Wenn bei normaler Belastung bzw. Beladung die Bremsen nicht betätigt sind, ist die von der Aufhängungsfeder 5 auf den Federsitz 7 ausgeübte Kraft (S) größer als die auf den Federsitz 7 von der Ausgleichsfeder 12 ausgeübte Kraft (K). Folglich wirkt nach unten auf den Steuerkolben 8 eine Überschußkraft (S-K), die bewirkt, daß die Stirnfläche 21 und die Oberseite 22 in gegenseitiger Anlage bleiben und der Einlaß 13 mit dem Auslaß 14 verbunden ist.

Beim Betätigen der Bremsen wird der Druck (P) im unteren Bohrungsabschnitt 16 größer, bis die nach oben gerichtete Überschußkraft auf den Steuerkolben 8 gleich ist der nach unten wirkenden Überschußfederkraft. Daraufhin bewegt sich der Steuerkolben 8 nach oben, wobei er es ermöglicht, daß sich das Ventilverschlußglied 24 an den Ventilsitz 23 anlegt und die Verbindung zwischen dem Einlaß 13 und dem Auslaß 14 unterbricht. Im Augenblick des Schließens ist die folgende Gleichung erfüllt:

S-K = PA.

Jede weitere Druckerhöhung am Einlaß 13 führt danach, wie es dem Fachmann einleuchtet, zu einem relativ niedrigeren erhöhten Druck am Auslaß 14.

Um das Ventilverschlußglied 24 an seinen zugehörigen Ventilsitz 23 anzulegen, ist eine sehr kleine Bewegung des Steuerkolbens 8 notwendig, die beim vorstehend beschriebenen Beispiel 0,2 mm beträgt. Dies hat mehrere Folgen.

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Erstens, der Federweg der Ausgleichsfeder 12 ist im Betrieb sehr klein, und folglich übt die Ausgleichsfeder 12 eine zumindest annähernd konstante Federkraft auf den Federsitz 7 aus. Die auf den Steuerkolben 8 ausgeübte Überschußfederkraft ist somit gleich der entsprechend der Fahrzeugbeladung veränderlichen Kraft der Aufhängungsfeder 5, vermindert um einen konstanten Betrag. Die auf den Steuerkolben 8 ausgeübte Federlast ist daher ein direktes Maß der Fahrzeugbeladung.

Zweitens, wenngleich die wirksame Fläche A des Steuerkolbens 8 im allgemeinen relativ groß ist (gewöhnlich 500 mm² oder größer), bedeutet die kleine Bewegung des Steuerkolbens 8, daß bei einer Kolbenbewegung ein sehr kleines Volumen an Bremsflüssigkeit vom Steuerventil absorbiert wird. Der Pedalweg wird somit innerhalb vernünftiger Grenzen gehalten.

Die sehr kleine Bewegung, die der Steuerkolben 8 ausführen muß, kann ohne weiteres und genau beherrscht werden, weil sie ausschließlich durch den Betrag, um den der Zapfen 26 über die Oberseite 22 des Endstopfens 18 hinausragt, und durch die axiale Gesamtlänge des Verschlußstopfens 20 bestimmt ist. Bei diesen beiden Faktoren lassen sich ohne weiteres enge Toleranzen einhalten. Der relativ große Durchmesser des Steuerkolbens 8 hat den Vorteil, daß Dichtungsreibung, die bestrebt ist, eine Bewegung des Steuerkolbens 8 zu verhindern, von verhältnismäßig geringer Auswirkung ist. Dies ermöglicht eine genaue Beeinflussung des Einschaltdrucks bzw. des Einsprungs und die Erzielung eines relativ niedrigen Einschaltdruckes. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, den Einschaltdruck so zu wählen, daß er in einem großen Bereich von Fahrzeugbeladungen die idealen Bedingungen exakter widerspiegelt. Bei einem Fahrzeug, beispielsweise, bei dem die Aufhängungsfederlast bei nur mit dem Führer besetzten Fahrzeug 2960 N und bei voller Beladung 4286 N beträgt, ist es

_2 möglich, einen wünschenswerten Einschaltdruck von 1,5 N mm

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für das nur mit dem Führer besetzte Fahrzeug und von 4,0 N mm bei voller Beladung zu erzielen. Dies wird durch die Verwendung eines Steuerkolbens 8 mit einer Fläche A von 552 mm' und einer Ausgleichsfeder 12 mit einer Kraft K von 2078 N erreicht.

Zusätzlich zu den vorstehend angegebenen Vorteilen bieten die speziellen Abmessungen der Bauteile Vorteile. Bei raschem Bremsen ermöglicht der sehr kleine kontrollierte Ventilfreigang eine Drosselung des Bremsflüssigkeitsstroms zu den Hinterradbremsen, die verhindert, daß der den Hinterradbremsen zugeführte anfängliche Bremsdruck infolge Überschießens des Druckes über das gewünschte Niveau hinaus ansteigt. Ferner, falls nach Erreichen des Einschaltdruckes die Last auf die hintere Aufhängung infolge Befahrens einer Kurve oder starken Bremsens verringert wird, wird der Bremsdruck am Auslaß 14 rasch herabgesetzt, weil eine verhältnismäßig kleine Bewegung des Steuerkolbens 8 eine große Zunahme des Volumens der Auslaßkammer 29 bewirkt.

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Claims

Patentansprüche :

- einem Einlaß (13) für Bremsflüssigkeit im Ventilgehäuse (10),

- einem Auslaß (14) für Bremsflüssigkeit im Ventilgehäuse (10) und

- einem im Ventilgehäuse (10) verschieblich angeordneten Steuerkolben (8) zum Steuern der Verbindung zwischen Einlaß (13) und Auslaß (14), der durch Bremsdruck im Ventilgehäuse (10) in die Richtung gedrängt wird, in der er den Auslaß (14) vom Einlaß (13) trennt,

dadurch gekennzeichnet ,

- daß mit dem Steuerkolben (8) ein mechanisch fester kraftübertragender Federsitz (7) für eine Feder (5) der Fahrzeugaufhängung starr verbunden ist, derart, daß die Federkraft der Aufhängungsfeder (5) den Steuerkolben (8) entgegengesetzt zu der Richtung drängt, in die er durch Bremsdruck im Ventilgehäuse (10) gedrängt wird, und

- daß eine Ausgleichsfeder (12) auf den Steuerkolben (8) in der Richtung wirkt, in der sie der Aufhängungsfeder (5) entgegenwirkt, derart, daß die auf den Steuerkolben (8) ausgeübte Überschußkraft gleich ist der Differenz zwischen der Kraft der Aufhängungsfeder (5) und der Kraft der Ausgleichsfeder (12).

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2. Ventil nach Anspruch 1, 34278 dadurch gekennzeichnet , daß der Einlaß (13) normalerweise mit dem Auslaß (14) verbunden ist und die zum Unterbrechen dieser Verbindung notwendige Bewegung des Steuerkolbens (8) klein ist, derart, daß die Ausgleichsfeder (12) bei einer Bewegung des Steuerkolbens (8) im wesentlichen ihre Länge nicht verändert.
3. Ventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der Einlaß (13) normalerweise mit dem Auslaß (14) verbunden ist und der Steuerkolben (8) in diesem normalerweise geöffneten Zustand des Ventils (9) axial am Ventilgehäuse (10) anliegt und die auf ihn ausgeübte Überschußkraft auf das Ventilgehäuse (10) überträgt.
4. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerkolben (8) einen Ventilsitz (23) bildet, der von einem im Steuerkolben (8) angeordneten Ventilverschlußglied (24) verschließbar ist, um die Verbindung zwischen dem Einlaß (13) und dem Auslaß (14) zu unterbrechen.
5. Ventil nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet , daß ein am Ventilgehäuse (10) befestigter Zapfen (26) im Normalzustand des Drucksteuerventils (9) das Ventilverschlußglied (24) in einem Abstand vom Ventilsitz (23) hält.
6. Ventil nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerkolben (8) im Normalzustand des Drucksteuerventils (9) mit einer Stirnfläche (21) am den Zapfen (26) umgebenden Ventilgehäuse (10) anliegt und über sie die auf ihn ausgeübte Überschußkraft auf das Ventilgehäuse (10) überträgt.

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7. Ventil nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerkolben (8) ein Hauptteil und einen Endstopfen (20) hat, der am Kolbenhauptteil befestigt ist und eine im Kolbenhauptteil ausgebildete axiale Bohrung (19) verschließt, wobei der Ventilsitz (23) am inneren Ende des Endstopfens (20) ausgebildet ist und der Endstopfen (20) das Ventilverschlußglied (24) in der axialen Bohrung (19) zurückhält.
8. Ventil nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet , daß die am Ventilgehäuse (10) anliegende Stirnfläche (21) des Steuerkolbens (8) eine Stirnfläche des Endstopfens (20) ist, derart, daß der Abstand von der am Ventilgehäuse (10) anliegenden Stirnfläche (21) des Steuerkolbens (8) zum Ventilsitz (23) gleich der Länge des Endstopfens (20) ist, und der Abstand, in dem das Ventilverschlußglied (24) im normalen Offenzustand des Drucksteuerventils (9) vom zugehörigen Ventilsitz (23) gehalten ist, gleich ist dem Unterschied zwischen der freien Länge des Zapfens (26) und der Länge des Endstopfens (20).
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerkolben (8) eine Auslaßkammer (29) begrenzt, die mit dem Auslaß (14) für Bremsflüssigkeit in ständiger Verbindung steht und deren Volumen sich bei einer Bewegung des Steuerkolbens (8), die nach Schließen des Drucksteuerventils (9) durch eine Verringerung der Last auf die Aufhängungsfeder (5) hervorgerufen wird, vergrößert.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgleichsfeder (12) zwischen dem Federsitz (7) und dem Ventilgehäuse (10) wirkt.