DE4445221A1 - Elektromagnetisch betätigtes Ventil, insbesondere für schlupfgeregelte hydraulische Bremsanlagen in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätig­ ten Ventil, insbesondere für schlupfgeregelte hydraulische Bremsanlagen in Kraftfahrzeugen, nach der Gattung des Pa­ tentanspruchs 1.

Ein solches Ventil ist durch DE 39 34 771 C1, Fig. 3 be­ kannt. Es weist einen im Ventildom angeordneten, einen An­ schlag für den Magnetanker bildenden Steuerkolben auf, der auf einem vom Ventilkörper ausgehenden, den in den Magnetanker eingepreßten Ventilstößel durchdringenden Zapfen längsverschiebbar geführt ist. Der Steuerkolben begrenzt mit seinem ankerabgewandten Boden eine in den Ventildom eingeformte, als Zylinder für den Kolben dienende Steuerkammer, welche durch einen den Zapfen und den Steuerkolben gleichachsig durchdringenden Druckmittelkanal mit dem Druckmitteleinlaß des bekannten Ventils in Verbin­ dung steht. Während der Magnetanker an beiden Stirnseiten druckausgeglichen ist, vermag in die Steuerkammer einge­ steuerter Druck den Steuerkolben gegen einen Anschlag axial zu verschieben. Hierdurch verringert sich der Hub des Magnetankers um ein vorbestimmtes Maß, was eine Drosselung des Durchflußquerschnitts zur Folge hat.

Diese Wirkungsweise des bekannten Ventils ist nutzbar in schlupfgeregelten hydraulischen Bremsanlagen, bei denen der Druckmitteleinlaß mit dem Hauptbremszylinder und der Druckmittelauslaß mit einem Radbremszylinder in Verbindung stehen. Wird z. B. bei einer Bremsschlupfregelung das Ventil durch Erregen der Magnetspule in seine Schließstellung geschaltet und beim Vermindern des Druckes im Radbremszy­ linder ein Druckgefälle ausreichender Höhe zwischen dem Druckmitteleinlaß und dem Druckmittelauslaß erzeugt, so be­ wirkt dies das vorstehend beschriebene Verschieben des Steuerkolbens mit der Folge, daß beim Öffnen des Ventils die erwähnte Drosselung des Durchflußquerschnittes wirksam wird, solange der Druckunterschied zwischen Einlaß und Aus­ laß besteht. Die Minderung des Durchflußquerschnittes wirkt sich wegen des verringerten Druckgradienten beim auf einen Druckabbau folgenden Druckaufbau einer Bremsschlupfregelung günstig auf die Regelgüte und das Geräuschverhalten der Bremsanlage aus. Bei einer normalen Bremsung ohne Blockiergefahr steht dagegen der volle Durchflußquerschnitt des Ventils zur Verfügung, was eine angestrebte kurze Ansprechzeit der Bremsanlage bei Bremsbetätigung fördert.

Das bekannte Ventil ist fertigungstechnisch problembehaftet, wenn berücksichtigt wird, daß in modernen schlupfgeregelten hydraulischen Bremsanlagen, insbesondere von Personenkraftwagen, nur sehr geringe Druckmittelmengen verschoben werden, die Ventile in einer Größe erfordern, welche lediglich etwa ein Fünftel der Abmessungen desjenigen Ventils aus-der eingangs zitierten Veröffentlichung entspricht. Dementsprechend ist es daher schwierig, den Druckmittelkanal im aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Führungszapfen für den Magnetanker spanend zu erzeugen. Außerdem ist ein weiterer spanender Arbeitsgang erforderlich, um mittels einer ventilsitzseitigen Durchbrechung des Führungszapfens die als Stauraum wirkende Ventilteilkammer zu erzeugen. Schließlich ist das bekannte Ventil auch insofern kostenaufwendig, als der Ventilstößel einer Spaltdichtung am Führungszapfen bedarf, um die Druckausgeglichenheit des Magnetankers zu erhalten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merkma­ len des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Magnetanker und der Ventilstößel getrennte und damit zueinander winkelbewegliche Bauteile sind, trotzdem aber eine sichere Übertragung des Druckes durch den ersten Druckmittelkanal in die schließgliedferne Steuerkammer gewährleistet ist. Fertigungstechnisch bedingte Schiefstände zwischen dem Magnetanker und dem Ventilstößel können toleriert werden, da sie nicht die Dichtheit des Druckmittelkanals beeinträchtigen. Außerdem weist das erfindungsgemäße Ventil durch die Anordnung des ersten Druckmittelkanals im Ventilstößel eine bauliche Vereinfachung gegenüber dem bekannten Ventil auf. Darüberhinaus wird durch die Ausbildung des Ventilstößels als Kunststoff-Spritzgußteil ein erheblicher Kostenvorteil gegenüber einem spanend erzeugten Ventilstößel aus Stahl erzielt. Dabei erlaubt es die Kunststoff-Spritzgießtechnik auch einen Druckmittelkanal und eine Ventilteilkammer im Ventilstößel zu erzeugen, die einen voneinander abweichenden Querschnittsverlauf haben, aber dennoch miteinander kommunizieren.

Durch die in den Unteransprüchen 2 bis 5 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Ventils möglich.

Diese Maßnahmen zeichnen sich dadurch aus, daß sie in einem einzigen Formvorgang, also ohne Nacharbeit, am Ventilstößel erzeugbar sind.

Schließlich gibt Unteranspruch 6 ein Thermoplast an, welches den hohen Beanspruchungen in einer schlupfgeregelten hydraulischen Bremsanlage mit ausreichender Sicherheitsreserve widersteht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein elektromagnetisch betätigtes Ventil in einer sche­ matisch angedeuteten Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs, Fig. 2 bis 4 eine Längsansicht sowie Stirnansichten in Richtung des Pfeiles III und IV in Fig. 2 gesehen eines im Ventil verwendeten Ventilstößels und Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Ventilstößel entlang der Linie V-V in Fig. 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Eine in Fig. 1 sehr vereinfacht wiedergegebene brems­ schlupfgeregelte hydraulische Bremsanlage 10 eines Kraft­ fahrzeugs hat einen zweikreisigen Hauptbremszylinder 11, von dem eine Bremsleitung 12 zu einem Radbremszylinder 13 aus­ geht. Im Zuge der Bremsleitung 12 ist ein bei einer Schlupfregelung als Einlaßventil wirkendes, elektromagne­ tisch betätigtes Ventil 14 angeordnet. In einer das Ventil 14 umgehenden Bypassleitung 15 befindet sich ein Rückschlag­ ventil 16 mit Durchlaßrichtung vom Radbremszylinder 13 zum Hauptbremszylinder 11. Radbremszylinderseitig geht von der Bremsleitung 12 eine Rückführleitung 17 aus, welche das Ven­ til 14 und das Rückschlagventil 16 umgeht und hauptbremszy­ linderseitig an die Bremsleitung 12 angeschlossen ist. In der Rückführleitung 17 befinden sich ein Auslaßventil 18 und eine Rückförderpumpe 19 für dem Radbremszylinder 13 entnom­ menes Druckmittel. Zwischen dem Auslaßventil 18 und der Rückförderpumpe 19 ist eine Speicherkammer 20 an die Rück­ führleitung 17 angeschlossen.

Das elektromagnetisch betätigte Ventil 14 weist ein zur Auf­ nahme in einem nicht dargestellten Ventilblock bestimmtes Ventilgehäuse 23 auf, welches mit einer Jochscheibe 24 fest verbunden ist. Das Ventilgehäuse 23 ist über die Jochscheibe 24 hinaus mit einem Polkern 25 fortgesetzt. Auf den Polkern 25 ist ein geschlossener, kapselförmiger Ventildom 26 aufge­ steckt. Er ist durch Schweißung mit dem Polkern 25 dicht verbunden. Polkernabgewandt besitzt der Ventildom 26 einen halbkugelförmigen Abschluß.

Der Ventildom 26 ist von einer ringförmigen Magnetspule 29 umgriffen. Ein glockenförmiges Gehäuse 30 umschließt die Ma­ gnetspule 29. Das Gehäuse 30 greift einerseits am Ventildom 26 an; andererseits ist es mit der Jochscheibe 24 verbunden.

Im spulenseitig geschlossenen Ventildom 26 ist ein im we­ sentlichen kreiszylindrischer Magnetanker 33 längsbewegbar aufgenommen. Dem Magnetanker 33 ist ein Ventilstößel 34 als getrenntes Bauteil zugeordnet. Der im wesentlichen Kreisquerschnitt aufweisende Ventilstößel 34 ist als Spritzgußteil aus einem Thermoplast, beispielsweise aus kohlefasergefülltem Polyaryletherketon (PAEK) hergestellt. Der Ventilstößel 34 ist in einer Längsbohrung 35 des Polkerns 25 und Ventilgehäuses 23 mit Spiel aufgenommen. An seinem ankerabgewandten Ende trägt der Ventilstößel 34, der weiter unten genauer beschrieben ist, ein mit 36 bezeichnetes Schließglied (Fig. 2, 3 und 5).

In den ankerabgewandten Abschnitt der Längsbohrung 35 ist ein hülsenförmiger Ventilkörper 39 mit einer Stufenbohrung 40 eingepreßt, welche nach einer durchmesserkleineren Durch­ gangsbohrung 41 in einen hohlkegelförmig ausgeformten Ventilsitz 42 mundet. Die Ventilnadel 36 und der Ventilsitz 42 bilden ein Sitzventil 43 des elektromagnetisch betätigten Ventiles 14. Bei nicht erregter Magnetspule 29 nimmt - wie in Fig. 1 gezeichnet - das Sitzventil 43 aufgrund der Wirkung einer einerseits am Ventilstößel 34 und andererseits am Ventilkörper 39 angreifenden, vorgespannten Rückstellfeder 44 seine Offenstellung als Ruhestellung ein, in welcher der Ventilstößel 34 am Magnetanker 33 und dieser axial am Ventildom 26 abgestützt ist. Bei erregter Magnetspule 29 ist das Ventil 14 in die Sperrstellung überführt, in welcher die endseitig als Kugelabschnitt 45 geformte Ventilnadel 36 am Ventilsitz 42 angreift.

Das Ventilgehäuse 23 ist mit einer rechtwinklig die Längs­ bohrung 35 kreuzenden Querbohrung 47 versehen. Im Durchdrin­ gungsbereich beider Bohrungen 35 und 47 ist eine das Sitz­ ventil 43 aufnehmende Ventilkammer 48 geschaffen. Diese steht einerseits über den Ventilsitz 42 und die dazu zentra­ le Durchgangsbohrung 41 mit der Stufenbohrung 40 als Druck­ mitteleinlaß des Ventils 14 in Verbindung; andererseits ist ein von der Querbohrung 47 gebildeter Druckmittelauslaß an die Ventilkammer 48 angeschlossen. (Die Bezeichnungen Einlaß und Auslaß sind zutreffend für den Bremsdruckaufbau im Rad­ bremszylinder 13. Bei nicht schlupfgeregelter Bremsung wird das Ventil 14 auch in umgekehrter Richtung vom Druckmittel durchströmt).

Wie man am besten aus Fig. 5 erkennt, ist die gerade kreiszylindrische Ventilnadel 36 von einer hohlzylindrischen Ausnehmung umgeben, welche eine gegen den Ventilsitz 42 stirnseitig offene Ventilteilkammer 51 bildet. Diese ist wiederum umfangsseitig von einem gleichachsig zur Ventilnadel 36 verlaufenden hülsenförmigen Abschnitt 52 der des Stößels 34 umschlossen. Der Abschnitt 52 endet stirnseitig mit Abstand vor dem Kugelabschnitt 45 der Ventilnadel 36, so daß diese in der Schließstellung des Ventils 14 am Ventilsitz 42 anzugreifen vermag, während der hülsenförmige Abschnitt 52 einen geringen Abstand zum Ventilkörper 39 einnimmt.

Die Ventilnadel 36 ist gegen den Boden der Ventilkammer 51 hin durch zwei diametral gegenüberliegende, im Querschnitt etwa viertelkreisförmige Stege 55 mit dem Ventilstößel 34 verbunden. Im Anschluß an die Ventilnadel 36 ist in den Ventilstößel 34 eine Längsbohrung 56 eingeformt. Diese kommuniziert ventilnadelseitig mit der Ventilteilkammer 51 (Fig. 3, 4 und 5). An der magnetankerseitigen Stirnseite 57 des Ventilstößels 34 mündet die Längsbohrung 56 in eine Kugelzone 58. Dieser ist an der schließgliednahen Stirnseite 59 des Magnetankers 33 eine hohlkegelförmige Ansenkung 60 zugeordnet (Fig. 1). Hierdurch ist zwischen dem Magnetanker 33 und dem Ventilstößel 34 ein Dichtsitz 61 gebildet, der ebenso wie das Sitzventil 43 Kegel-Kugel-Konfiguration aufweist. Abweichend hiervon kann die Ansenkung 60 im Magnetanker 33 auch hohlkugelförmig ausgebildet sein.

Die Längsbohrung 56 des Ventilstößels 34 ist im Magnetanker 33 durch eine abgestufte, durchgehende Bohrung 64 fortgesetzt. Die Längsbohrung 56 des Ventilstößels 34 und die Bohrung 64 des Magnetankers 33 bilden einen ersten Druckmittelkanal 65, welcher sich von der Ventilteilkammer 51 unter Durchdringung des Dichtsitzes 61 bis zu einer ersten Steuerkammer 66 zwischen der schließgliedfernen Stirnseite 67 des Magnetankers 33 und dem Ventildom 26 erstreckt. Der Dichtsitz 61 stellt den leckfreien Durchgang des ersten Druckmittelkanals 65 zwischen dem Ventilstößel 34 und dem Magnetanker 33 sicher. Diese Dichtwirkung hält der Dichtsitz 61 auch bei Schiefstand, d. h. bei abknickender Achse 68 von Magnetanker 33 und Ventilstößel 34 aufrecht. Ein solcher Schiefstand kann insbesondere dann auftreten, wenn der Ventildom 26 verkantet auf den Polkern 24 aufgesetzt und der Magnetanker 33 mit sehr kleinem Radialspiel im Ventildom aufgenommen ist. Außerdem stellt der Dichtsitz 61 aufgrund seiner Formgebung eine Zentrierung des Ventilstößels 34 am Magnetanker 33 unter der Wirkung der Kraft der Rückstellfeder 44 und seitens des Sitzventils 43 herrschender hydraulischer Kräfte sicher.

Die im Bereich des Magnetankers 33 erforderliche radiale Beweglichkeit des Ventilstößels 34 ist ankerabgewandt durch einen Führungsabschnitt 71 eingeschränkt. Dieser ist als über den Umfang des Ventilstößels 34 hervortretende kugelscheibenförmige Verstärkung ausgebildet, welche mit einem Rücksprung 72 am hülsenförmigen Abschnitt 52 endet. Während der Führungsabschnitt 71 mit geringem Spiel in der Längsbohrung 35 angreift, dient der Rücksprung 72 als Stützfläche für die Rückstellfeder 44. Außerdem ist der Ventilstößel 34 noch mit drei gleichmäßig über seinen Umfang verteilten, längslaufenden Abflachungen 73 versehen, um einen zweiten Druckmittelkanal 74 zu schaffen, welcher von der Ventilkammer 48 außerhalb des hülsenförmigen Abschnitts 52 des Ventilstößels ausgeht und zu einer zweiten, schließgliednahen Steuerkammer 75 zwischen dem Polkern 25 und dem Magnetanker 33 führt (Fig. 1). Anstelle der Abflachungen 73 können auch längslaufende Nuten vorgesehen sein. Schließlich ist noch hinzuweisen, daß umfangsseitig am Magnetanker 33 eine Dichtmanschette 76 mit gegen die erste Steuerkammer 66 gerichteter, am Ventildom 26 angreifender Dichtlippe 77 aufgenommen ist.

Die Wirkungsweise des Ventils 14 ist in der älteren DE- Anmeldung P 44 32 047.7 ausführlich beschrieben. Der Inhalt jener älteren Anmeldung soll daher Teil der Offenbarung dieser Anmeldung sein. Es wird lediglich kurz angemerkt, daß das Ventil 14 bei normalen Bremsungen und bei schlupfgeregelten Bremsungen in Druckaufbauphasen seine Offenstellung einnimmt, in Druckhalte- und Druckabbauphasen der schlupfgeregelten Bremsung in seine Sperrstellung geschaltet ist. Wird nach solchen Phasen das Ventil 14 elektrisch abgeschaltet, so nimmt es bei ausreichend großem Druckgefälle zwischen Einlaß- und Auslaßseite selbsttätig eine teiloffene Stellung ein, in welcher sich der Durchflußquerschnitt des Sitzventils 43 auf weitgehend konstante, gegenüber der vollen Öffnung geringere Durchflußmengen einstellt. Dies wird durch Staudruck bewirkt, der beim Öffnen des Sitzventils 43 in der Ventilteilkammer 51 auftritt und durch den ersten Druckmittelkanal 65 in die erste Steuerkammer 66 übertragen wird, wo er eine gegen den Stößel 34 gerichtete Kraftkomponente auf den Magnetanker 33 hervorruft, welche hydraulischen Öffnungskräften und der Kraft der Rückstellfeder 44 entgegenwirkt.

Claims (6)

1. Elektromagnetisch betätigtes Ventil (14), insbesondere für schlupfgeregelte hydraulische Bremsanlagen in Kraftfahr­ zeugen, mit folgenden Merkmalen:

• - in einem Ventildom (26) ist ein Magnetanker (33) längsbe­ wegbar aufgenommen,
• - der Ventildom (26) ist von einer Magnetspule (29) umgrif­ fen,
• - dem Magnetanker (33) ist ein Ventilstößel (34) mit einem ankerabgewandt angeordneten Schließglied (36) eines Sitzventils (43) zugeordnet,
• - in einem Gehäuse (23) des Ventils (14) ist ein Ventilkör­ per (39) mit einem Ventilsitz (42) mit zentraler Durchgangs­ bohrung (41) als Druckmitteleinlaß des Sitzventils (43) befestigt,
• - bei nicht erregter Magnetspule (29) ist das Schließglied (36) aufgrund der Wirkung einer Rückstellfeder (44) vom Ven­ tilsitz (42) abgehoben,
• - das Schließglied (36) und der den Ventilsitz (42) aufwei­ sende Teil des Ventilkörpers (39) befinden sich in einer Ventilkammer (48), welche mit einem Druckmittelauslaß des Ventils (14) in Verbindung steht,
• - die Ventilkammer (48) weist eine als Stauraum wirkende Ventilteilkammer (51) auf, von der ein erster Druckmittelkanal (65) zu einer Steuerkammer (66) ausgeht, die zwischen der schließgliedfernen Stirnseite (67) des Magnetankers (33) und dem Ventildom (26) gelegen ist,
• - von der Ventilkammer (48) geht ein zweiter, zur schließ­ gliednahen Stirnseite (59) des Magnetankers (33) führender Druckmittelkanal (74) aus,
• - ein in der Ventilteilkammer (51) erzeugter Druck vermag in der Steuerkammer (66) eine entgegen der Kraft der Rückstell­ feder (44) wirkende Kraft hervorzurufen, aufgrund der das Sitzventil (43) eine von seiner Ruhestellung abweichende, teilgeschlossene Stellung einnimmt, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:
• - der Magnetanker (33) und der Ventilstößel (34) sind als getrennte Bauteile ausgebildet und greifen unter der Wirkung der Rückstellfeder (44) in einem den ersten Druckmittelkanal (65) umgreifenden Dichtsitz (61) aneinander an, der am einen Bauteil mit einer Ansenkung (60) und am anderen Bauteil als erhabene Kugelzone (58) ausgebildet ist,
• - der Ventilstößel (34) ist, ausgehend von seiner magnetankerseitigen Stirnseite (57), mit einer den ersten Druckmittelkanal (65) bildenden Längsbohrung (56) versehen, welche in eine hohlzylindrische, das Schließglied (36) umgreifende Ausnehmung als gegen den Ventilsitz (42) stirnseitig offene Ventilteilkammer (51) übergeht,
• - der Ventilstößel (34) ist als Kunststoff-Spritzgußteil ausgebildet.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß radial verlaufende Stege (55) das als gerade kreiszylindrische Ventilnadel ausgebildete Schließglied (36) mit einem diese axial wenigstens teilweise umhüllenden, hülsenförmigen Abschnitt (52) des Ventilstößels (34) verbinden.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (34) umfangsseitig einen erhaben ausgebildeten, kugelscheibenförmigen Führungsabschnitt (71) aufweist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsabschnitt (71) des Ventilstößels (34) gegen den Ventilsitz (42) durch einen Rücksprung (72) begrenzt ist, an dem die Rückstellfeder (44) angreift.

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckmittelkanal (74) durch wenigstens eine längslaufende, den Kreisquerschnitt des Ventilstößels (34) beschneidende Abflachung (73) oder Nut gebildet ist.

6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (34) aus einem kohlefasergefüllten Polyaryletherketon (PAEK) besteht.