DE4035255A1 - Drucksteuerventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drucksteuerventil, das in einem Servolenksystem für Kraftfahrzeuge oder andere industrielle Einrichtungen verwendbar ist.

Ein Drucksteuerventil der vorgenannten Art ist in der japanischen Patentanmeldung 63-2 31 003 gezeigt. Ein derartiges, herkömmliches Drucksteuerventil besitzt eine Ventilbohrung in einem Ventilkörper. Ein Ventilschieber ist vorgespannt innerhalb der Ventilbohrung angeordnet, um eine Fluidströmungsmenge durch eine Zuführungsleitung, eine Abgabeleitung und eine Auslaßleitung einzustellen. Der Ventilschieber ist mit einer Elektromagnetspule verbunden, um in eine Richtung für eine Zunahme des Ausgangsdruckes in der Abgabeleitung angetrieben zu werden. Der Ventilschieber ist auch mit einer Rückkopplungseinrichtung verbunden, um einen Rückkopplungsdruck zur Rückkehr in die Ausgangslage auszubilden. Außerdem ist der Ventilschieber normalerweise in Richtung einer Ausgangslage durch eine Stellfeder vorgespannt.

Bei solch einem herkömmlichen Drucksteuerventil wird die Kraft zum Antrieb des Ventilschiebers in der Magnetspule erzeugt und auf den Ventilschieber durch eine Betätigungsstange übertragen. Ein derartiger Aufbau vermindert deutlich eine Verringerung der axialen Länge der Ventilanordnung. Außerdem ist bei dem früher vorgeschlagenen Aufbau die Rückstellfeder zwischen dem Ventilschieber und einem Gehäuse der Magnetspule angeordnet. Daher muß für eine Einstellung des Rückstelldruckes eine axiale Position des Magnetspulengehäuses eingestellt werden. Dies macht die Einstellung einer festgesetzten Belastung schwierig und kompliziert.

Im Hinblick auf die Nachteile des Standes der Technik, wie angegeben, besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Drucksteuerventil zu schaffen, durch das die Schwierigkeiten der im Stand der Technik angegebenen Art überwunden werden können.

Ein weiteres und spezielleres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Drucksteuerventil zu schaffen, durch das die axiale Abmessung der Drucksteuerventilanordnung vermindert werden kann.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Drucksteuerventil zu schaffen, bei dem eine festgesetzte Belastung des Ventilschiebers leicht eingestellt werden kann.

Um die vorerwähnten und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist ein Drucksteuerventil nach der vorliegenden Erfindung mit einem Ventilschieber versehen, der integral einstückig mit einem Kolben einer Elektromagnetspule ausgebildet ist, so daß die elektromagnetische Kraft, welche durch die Magnetspule erzeugt wird, direkt auf den Ventilschieber einwirkt. Durch die Integration des Ventilschiebers mit dem Kolben der Magnetspule kann die axiale Abmessung verringert werden. Außerdem können durch diese Anordnung die Rückstellfedern axial außerhalb der Magnetspule orientiert angeordnet werden, um die Einstellung der festgelegten Belastung, die auf den Ventilschieber ausgeübt werden soll, zu erleichtern.

Erfindungsgemäß weist die Drucksteuerventilanordnung nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung auf:
ein Ventilgehäuse, in dem eine sich in axialer Richtung erstreckende Ventilbohrung begrenzt ist,
einen Ventilschieber, der innerhalb der Ventilbohrung für eine axial vorgespannte Bewegung in dieser angeordnet ist, um einen Ausgangsdruck entsprechend seiner Axialstellung einzustellen,
ein elektromagnetisches Betätigungselement zum Antrieb des Ventilschiebers, um eine axiale Bewegung des letzteren zu veranlassen, um den Ausgangs- oder Abgabedruck im aktiven Zustand zu erhöhen,
eine mechanische Stellfeder, die konstant eine Federkraft ausübt, welche den Ventilschieber in einer Richtung vorspannt, die eine axiale Bewegung des Ventilschiebers zu einer Verminderung des Ausgangs- oder Abgabedruckes verursacht,
einen Kolben, der dem elektromagnetischen Betätigungselement zugeordnet bzw. mit diesem verbunden ist, um eine axiale Verschiebung des Ventilschiebers zu veranlassen, wobei der Kolben integral einstückig mit dem Ventilschieber ausgebildet ist.

Die Stellfeder kann axial nach außerhalb des elektromagnetischen Betätigungsgliedes orientiert angeordnet sein, um eine äußere Einstellung der Rückstellkraft zu gestatten. Die Einstellfeder kann mit einem Endstopfen verbunden sein, der in das Ventilgehäuse eingeschraubt ist, um die Rückstellkraft der Rückstellfeder einzustellen.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die vorliegende Erfindung wird noch besser aus einer nachfolgenden, detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung verständlich, welches jedoch nicht in einem die Erfindung auf dieses spezielle Ausführungsbeispiel beschränkenden Sinne zu verstehen ist, sondern lediglich zur Erläuterung und dem besseren Verständnis dient. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles eines Drucksteuerventiles nach der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2 ein Diagramm, das eine Veränderung des Ausgangs- oder Abgabedruckes in bezug auf einen Steuerstrom zeigt, mit dem eine Magnetspule beaufschlagt wird.

Bezug nehmend nunmehr auf die Zeichnungen, insbesondere auf Fig. 1, ist in diesen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Drucksteuerventilanordnung nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, das mit einem ersten Ausgangsschaltkreis S₁ und einem zweiten Ausgangsschaltkreis S₂ zur Bereitstellung der Abgabe- oder Ausgangsdruckwerte P₁ und P₂ verbunden ist. Der Abgabedruck P₁ und P₂, welcher jeweils von dem Drucksteuerventil bereitgestellt bzw. abgegeben wird, wird verwendet, um beispielsweise ein Hinterrad-Lenksystem zu steuern. Beispielsweise wird bei einem Hinterrad-Lenksteuersystem eine nach rechts Lenkung der Hinterräder durch Zunahme des Ausgangs- oder Abgabedruckes in dem ersten Abgabeschaltkreis S₁ ausgeführt. Wenn andererseits der Abgabedruck in der zweiten Abgabeschaltung S₂ erhöht wird, wird eine Linkskurvensteuerung an den Hinterrädern ausgeführt. Wie bekannt ist, wird die Hinterrad-Lenksteuerung in Abhängigkeit von einer Lenkbetätigung der Vorderräder ausgeführt. Die Größe und die Richtung werden unter Berücksichtigung verschiedener Steuerparameter bestimmt. Ein derartiges Hinterrad-Lenksteuersystem ist in den US-PS 47 78 023 (veröffentlicht 18. 10. 1988), US-PS 49 26 954 (veröffentlicht 22. 05. 1990), US-PS 46 57 102 (veröffentlicht 14. 04. 1987), US-PS 47 20 790 (veröffentlicht 19. 01. 1988) etc. dargestellt worden. Die Offenbarung dieser früher vorgeschlagenen Vierrad-Lenksysteme einschließlich einer Hinterrad-Lenksteuerung werden hiermit durch ausdrückliche Inbezugnahme mit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält das bevorzugte Ausführungsbeispiel einer Drucksteuerventilanordnung nach der vorliegenden Erfindung ein Ventilgehäuse 1. Das Ventilgehäuse 1 ist mit einer sich axial erstreckenden Ventilbohrung 11 versehen. Die Ventilbohrung 11 ist mit einem ersten und zweiten Ausgangsanschluß 11a und 11b versehen. Die Ausgangs- bzw. Abgabeanschlüsse 11a und 11b sind mit einer ersten bzw. zweiten Ausgangsleitung S₁ und S₂ verbunden. In einer axialen Mittel- oder Zwischenstellung zwischen dem ersten und zweiten Ausgangsanschluß 11a und 11b ist eine Zuführungsleitung 2 mit der Ventilbohrung 11 kommunizierend verbunden. Andererseits ist axial außerhalb des ersten und zweiten Abgabeanschlusses 11a und 11b eine Entlastungs- oder Ablaßleitung 3 angeschlossen. Die Zuführungsleitung 2 ist mit einer Fluidpumpe P verbunden, die als Fluiddruckquelle wirksam ist. Andererseits ist die Entlastungsleitung 3 mit einem Reservoirbehälter T zur Rückführung des unter Druck stehenden Fluides zu diesem verbunden. Es wird darauf hingewiesen, daß der Fluiddruck in der Auslaßleitung bzw. Entlastungsleitung 3 und dem Reservoirbehälter T dem Atmosphärendruck entspricht.

Ein Ventilschieber 4 ist innerhalb der Ventilbohrung 11 in einer Weise angeordnet für eine Axialbewegung in Übereinstimmung mit der Achse der Ventilbohrung. Der Ventilschieber 4 ist mit einem ersten und zweiten Ventilsteg 4a und 4b versehen. Der erste Steg 4a bildet variable Drosselstellen q und r mit den Kanten des ersten Abgabeanschlusses 11a. Andererseits bildet der zweite Steg 4b veränderliche Drosselstellen s und t in Verbindung mit den beiden axialen Kanten des zweiten Abgabeanschlusses 11b. Stege 4c und 4d sind ebenfalls an beiden axialen Enden des Ventilschiebers 4 ausgebildet.

Ein paar Betätigungsanordnungen 5a und 5b sind gegenüberliegend den jeweils bei den axialen Enden des Ventilschiebers 4 angeordnet, um so die Lage des Ventilschiebers 4 innerhalb der Ventilbohrung 11 zu steuern. Wie ersichtlich ist, wird je nach der Stellung des Ventilschiebers 4 eine Fluidverbindung zwischen der Zuführungsleitung 2 und den Abgabeanschlüssen 11a und 11b sowie zwischen den Abgabeanschlüssen 11a und 11b und der Auslaß- bzw. Entlastungsleitung 3 wahlweise eingerichtet durch wahlweises Öffnen der veränderlichen Drosselstellen q, r, s und t. Die Betätigungsanordnungen 5a und 5b haben Betätigungsgehäuse 52a und 52b, die auf die axialen Enden des Ventilgehäuses 1 aufgesetzt sind.

Dichtungsringe 81a und 81b bilden flüssigkeitsdichte Abdichtungen zwischen den Betätigergehäusen 52a und 52b sowie den axialen Enden des Ventilgehäuses 1. Die axialen Enden der Betätigungsgehäuse 52a und 52b sind durch Magnetspulenkörper 51a und 51b verschlossen. Elektromagnetische Wicklungen 53a und 53b sind jeweils in Ringkammern angeordnet, die in den Betätigungsgehäusen 52a und 52b gebildet werden. Magnetisch nicht leitende oder isolierende Hülsen 55a und 55b sind zwischen dem Innenumfang der elektromagnetischen Wicklungen 53a und 53b und den zugehörigen Umfangsflächen der Betätigergehäuse 52a und 52b sowie zu den Magnetspulenkörpern 51a und 51b angeordnet.

Die Betätigergehäuse 52a und 52b begrenzen bzw. bilden Axialbohrungen 57a und 57b, die einen geringfügig größeren Durchmesser als derjenige der Ventilbohrung 11 aufweisen. Axiale Enden 54a und 54b des Ventilschiebers 4 erstrecken sich in die Axialbohrungen 57a und 57b. Die axialen Endabschnitte 54a und 54b des Ventilschiebers 4 dienen als Kolben der elektromagnetischen Betätigungsanordnungen. In die jeweiligen axialen Enden der axialen Endabschnitte 54a und 54b sind im wesentlichen zylindrische Anschlagteile 7a und 7b starr eingesetzt, die aus magnetisch nicht leitendem oder isolierendem Material bestehen. Die Anschlagteile 7a und 7b erstrecken sich durch Öffnungen 71a und 71b hindurch, welche sich durch die Magnetspulenkörper 51a und 51b erstrecken. Um eine axiale Bewegung der Anschlagteile 7a und 7b in bezug auf die Durchgangsöffnungen 71a und 71b zu gestatten, sind Hülsen 72a und 72b zwischen dem Außenumfang der Anschlagteile 7a, 7b und dem Innenumfang der Durchgangsöffnungen 71a, 71b angeordnet. Die axial äußeren Enden der Durchgangsöffnungen 71a, 71b öffnen sich in Bohrungen 73a und 73b mit größerem Durchmesser.

Die äußeren Enden der Bohrungen 73a, 73b mit größerem Durchmesser sind mit einstellbaren Stopfen 8a und 8b verschlossen, die in den jeweiligen Magnetspulenkörper 51a, 51b eingeschraubt sind. Hierdurch werden ringförmige Aufnahmekammern 73a und 73b gebildet, um in diesen jeweils Vorspann- bzw. Stellfedern 4e und 4f aufzunehmen. Die axial inneren Enden der Vorspannfedern 4e und 4f sind aufgesetzt auf Halter 41a und 41b mit Federsitzflanschen 42a, 42b. Befestigungsmuttern 74a und 74b sind ebenfalls mit den einstellbaren Stopfen 8a und 8b in Eingriff.

Die Anschlagteile 7a und 7b sind mit ersten und zweiten Kolbenbohrungen 63a, 63b versehen. Ein erster und ein zweiter Pilotkolben 64a, 64b mit abgerundeten Enden sind verschieblich innerhalb der ersten und zweiten Kolbenbohrung 63a, 63b angeordnet. Die erste und zweite Kolbenbohrung 63a, 63b ist jeweils in Übereinstimmung mit einer ersten und einer zweiten Rückkopplungsbohrung 61a, 61b orientiert und angeordnet, welche mit dem ersten bzw. zweiten Ausgabeanschluß 4a und 4b verbunden ist. Daher wirkt der jeweilige Fluiddruck an dem jeweiligen ersten und zweiten Abgabeanschluß 4a und 4b auf das jeweilige innere Ende 65a, 65b des ersten und zweiten Pilot- bzw. Steuerkolbens 64a, 64b ein.

Es wird auch darauf hingewiesen, daß die Magnetspulenwicklungen 53a und 53b durch einen Treiberstrom, der von einer Steuereinheit zugeführt wird, angeregt bzw. durch Nichtzuführung desselben abgeschaltet werden, wobei die Steuereinheit die Größe und Richtung der Druckdifferenz an der ersten und zweiten Ausgabeleitung S₁ und S₂ steuert. Die Druckdifferenz kann dazu dienen, bestimmte Stellbetätigungen auszuführen, wie z. B. eine Hinterrad-Lenksteuerung etc.

Die Arbeitsweise des bevorzugten Ausführungsbeispieles der Drucksteuerventilanordnung nach der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend erläutert.

Wenn kein Antriebsstrom an die beiden Magnetspulenwicklungen 53a, 53b gelegt wird, sind beide Magnetspulenwicklungen in einem nicht angeregten, ausgeschalteten Zustand gehalten. Im Ergebnis dessen sind die beiden Endabschnitte 54a, 54b des Ventilschiebers 4, die als Kolben wirksam sind, von elektromagnetischen Kräften deren Magnetspulenwicklungen 53a und 53b frei. In diesem Zustand wird ein Gleichgewicht der Federkräfte der Vorspann- bzw. Stellfedern 4e und 4f in einer Neutralstellung des Ventilschiebers 4 eingerichtet. In dieser Stellung wird eine Fluidverbindung zwischen der Zuführungsleitung 2 und dem ersten und zweiten Ausgabeanschluß S₁ und S₂ über die veränderlichen Drosselstellen r und t beibehalten. Andererseits wird eine Fluidverbindung zwischen dem ersten und zweiten Ausgangsanschluß 11a und 11b und der Ablaßleitung 3 über die veränderlichen Drosselstellen q und s eingerichtet.

Daher sind der Fluiddruck in der ersten und zweiten Ausgangsleitung S₂ und S₁ einander gleich. Wenn daher die erste und zweite Ausgangsleitung S₁, S₂ mit dem Hinterrad-Lenksystem verbunden ist, bleiben die Hinterräder in ihrer Neutralstellung.

Wenn der Treiberstrom an die Magnetspulenwicklung 53a der ersten Betätigungsanordnung 5a gelegt wird, wird die Magnetspulenwicklung 53a angeregt, um eine Anzugskraft auf den axialen Endabschnitt 54a auszuüben. Wenn die magnetische Anzugskraft der Magnetspulenwicklung 54a kleiner ist als die Federkraft der Vorspann- bzw. Stellefeder 4e, bleibt der Ventilschieber 4 in seiner Neutralstellung, trotz der einwirkenden Magnetkraft. Wenn die Magnetkraft der Magnetspulenwicklung 53a größer wird als die vorgenannte Federkraft, verschiebt sich der Ventilschieber 4 gemeinsam mit dem Anschlagteil 7a entgegen der Federkraft der Schraubenfeder 4e.

Entsprechend der Verschiebung des Ventilschiebers 4 wird der Fluidkanalquerschnitt in den veränderlichen Drosselstellen r und s erhöht. Gleichzeitig wird der Fluidkanalquerschnitt in den veränderlichen Drosselstellen q und t progressiv vermindert. Daher wird eine größere Strömungsmenge an Druckfluid in die erste Ausgangsleitung S₁ eingeführt. Andererseits wird die Fluidverbindung zwischen der Zuführungsleitung 2 und der zweiten Ausgangsleitung S₂ im wesentlichen blockiert. Daher wird ein gegenüber der zweiten Ausgangsleitung S₂ höherer Fluiddruck an die erste Ausgangsleitung S₁ gelegt.

Der erhöhte Fluiddruck an dem ersten Ausgangsanschluß 11a wird in die Rückkopplungsbohrung 63a rückgekoppelt. Der erhöhte Fluiddruck wirkt so auf den ersten Pilot-Luftsteuerkolben 64a ein. Anschließend wirkt der erhöhte Fluiddruck auf den einstellbaren Stopfen 8a ein. Die so erzeugte Kraft dient als Reaktionskraft, um den Ventilschieber 4 zurückzudrücken. Daher wird die axiale Bewegung des Ventilschiebers 4 beendet. Daher wird die Größe der axialen Bewegung bzw. axialen Verschiebung des Ventilschiebers 4 proportional der Größe des Antriebsstromes.

Eine vergleichbare, jedoch entgegengesetzte Arbeitsweise findet statt, wenn der Antriebsstrom an die Magnetspulenwicklung 53b gelegt wird. Daher erhöht sich der Fluiddruck in der zweiten Ausgangsleitung S₂ mit einer Größe, die proportional der Größe des Antriebsstromes ist, der an die Magnetspulenwicklung 53b gelegt wird.

Zur Einstellung der Vorspannung bzw. der Rückstellbelastung auf den Ventilschieber werden die Befestigungsmuttern 74a und 74b gelöst, so daß die einstellbaren Stopfen 8a und 8b gedreht werden können. Wenn in diesem Zustand die einstellbaren Stopfen 8a und 8b in Richtung eines weiteren Festziehens bzw. Einschraubens gedreht werden, wird die Rückstellbelastung bzw. Vorspannung an der Rückstellfeder erhöht. Wenn andererseits die einstellbaren Stopfen 8a und 8b in Richtung eines Lösens bzw. Herausschraubens gedreht werden, kann die Vorspannbelastung vermindert werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles desselben erläutert wurde, ist die Erfindung nicht auf dieses gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Erfindung kann vielmehr in verschiedener Weise verwirklicht werden. Daher umfaßt die vorliegende Erfindung auch alle möglichen anderen Ausführungsbeispiele und Modifikationen, die realisiert werden können, ohne daß von den Grundlagen der Erfindung abgewichen wird, wie sie insbesondere in den Ansprüchen dargelegt sind.

Die Erfindung betrifft ein Drucksteuerventil, welches mit einem Ventilschieber versehen ist, der integral mit einem Kolben für eine Magnetspulenwicklung versehen ist, so daß die elektromagnetische Kraft, die durch die Magnetspule erzeugt wird, direkt auf den Ventilschieber einwirkt. Durch Integration des Kolbens bzw. Kernes der Magnetspule mit dem Ventilschieber kann die axiale Größe des Ventiles vermindert werden. Außerdem können durch diesen Aufbau die Rückstellfedern bzw. Vorspannfedern für den Ventilschieber axial außerhalb der Magnetspule orientiert bzw. angeordnet werden, wobei es leicht ist, die Vorspannung oder Stellkraft, die auf den Ventilschieber ausgeübt werden soll, einzustellen.

Claims (3)

1. Drucksteuerventil mit
einem Ventilgehäuse, in dem eine axial sich erstreckende Ventilbohrung ausgebildet ist,
einem Ventilschieber, der innerhalb der Ventilbohrung angeordnet ist, zu einer verschieblichen Bewegung in dieser zur Einstellung eines Ausgangsdruckes in Abhängigkeit von der Axialstellung des Ventilschiebers,
einer elektromagnetischen Betätigungsanordnung zum Antrieb des Ventilschiebers, um eine Axialbewegung des letzteren zu verursachen, um den Ausgangs- bzw. Abgabedruck im aktiven, angeregten Zustand zu erhöhen,
gekennzeichnet durch
eine mechanische Stellfeder (4e, 4f), die konstant eine Federkraft zur Vorspannung des Ventilschiebers (4) in eine Richtung ausübt, um eine Axialbewegung des Ventilschiebers (4) zur Verminderung des Ausgangs- bzw. Abgabedruckes zu veranlassen,
einen Kolben (54a, 54b), der der elektromagnetischen Betätigungsanordnung (5a, 5b) zugeordnet ist, um eine axiale Verschiebung des Ventilschiebers (4) zu veranlassen, wobei der Kolben (54a, 54b) integral einstückig mit dem Ventilschieber (4) ausgebildet ist.

2. Drucksteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellfeder (4e, 4f) axial außerhalb der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (5a, 5b) angeordnet und orientiert ist, um eine äußere Einstellung der Vorspannkraft bzw. Rückstellkraft des Ventilschiebers (4) zu gestatten.

3. Drucksteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (4e, 4f) mit einem Endstopfen (8a, 8b) verbunden ist, der jeweils in das Ventil (1) eingeschraubt ist, zur Einstellung der Vorspannkraft der Vorspannfeder (4e, 4f).