DE69020321T2 - Stromregelventil. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Flußregelventil, das zur Verwendung in einem Hochdrucksystem mit kleinem Strömungsfluiddruck, das mit einem speziellen niederviskosen Hydraulikfluid arbeitet, wie beispielsweise eine Bremsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, geeignet ist.
• Fig. 5 zeigt ein Flußregelventil gemäß dem Stand der Technik, bei dem ein Kolben 2 verschiebbar in einer Hülse 1 montiert ist.
• Die Hülse 1 ist an einer Seite in der Nähe ihres oberen Endes mit einer Eingangsöffnung 3 und an ihrem unteren Ende mit einer Ausgangsöffnung 4 versehen. An der inneren Umfangsfläche der Hülse 1 ist eine Ringnut 5 so ausgebildet, daß sie mit der Einlaßöffnung 3 in Verbindung steht und sich über den gesamten Umfang derselben erstreckt.
• Der Kolben 2 ist an seinem Außenumfang ebenfalls mit einer Ringnut 6 versehen, die sich über den gesamten Umfang desselben erstreckt. Er ist weiterhin mit einer Vielzahl von radialen Durchlässen 8 versehen, die die Ringnut 6 mit einem Fluiddurchlaß 7 verbinden, der sich durch die Mitte des Kolbens 2 erstreckt.
• Der Fluiddurchlaß 7 ist an seinem oberen Ende offen und steht mit einer oberen Kammer A in Verbindung, die in der Hülse 1 gebildet ist. Sein unteres Ende steht über eine Öffnung 9 mit einer unteren Kammer B der Hülse 1 in Verbindung.
• In der unteren Kammer B in der Hülse 1 ist eine Druckfeder 10 als Vorspannmittel montiert, um auf den Kolben 2 eine nach oben gerichtete Kraft auszuüben.
• In einem derartigen herkömmlichen Flußregelventil wird der Kolben 2 durch die Feder 10 in eine solche Position nach oben gedrückt, in der die Ringnuten 5 und 6 miteinander in Verbindung stehen, wenn die Fluiddruckdifferenz zwischen den beiden Enden des Kolbens 2 kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Somit fließt in diesem Zustand ein Fluidstrom von der Eingangsöffnung 3, über die Ringnut 5, die Ringnut 6, radiale Durchlässe 8, den Fluiddurchlaß 7 und die Öffnung 9 in die untere Kammer B in der Hülse 1 und wird über die Ausgangsöffung 4 ausgegeben.
• Wenn der Druck des Fluids, das in die obere Kammer A in der Hülse 1 durch die Eingangsöffnung strömt, ansteigt und die Druckdifferenz zwischen den beiden Enden des Kolbens 2 steigt, wird der Kolben 2 abwärts laufen, wobei er die Feder 10 unter der Druckdifferenz zusammendrückt. Als Ergebnis wird die Ringnut 6 nach unten aus der Verbindung mit der Ringnut 5 bewegt, so daß die Verbindung zwischen der Eingangsöffnung 3 und der oberen Kammer A unterbrochen wird.
• Wenn das Einströmen des Fluids unterbrochen wird und das Fluid in der oberen Kammer A durch die Öffnung 9 beginnt auszuströmen, wird der Kolben 2 durch die Feder 10 nach oben gedrückt, so daß die Verbindung zwischen den Ringnuten 5 und 6 wiedererlangt wird.
• Durch Wiederholen dieser Operation wird die Druckdifferenz zwischen den beiden Enden des Kolbens 2 gleich der Vorspannkraft der Feder 10, geteilt durch die Querschnittsfläche des Kolbens gehalten. Somit ist die Flußrate durch die Öffnung 9 auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, weil sie durch die Druckdifferenz bestimmt ist.
• Wenn ein derartiges herkömmliches Flußregelventil für die Bremseinrichtung eines Kraftfahrzeuges verwendet wird, neigt die Fluidleckage durch einen Spalt, der in der Wand, welche die Nuten 5 und 6 trennt, gebildet ist, dazu, bis zu einem solchen Grad anzusteigen, daß sie nicht vernachlässigbar ist, da das Ventil in einer Hochdruckleitung für niederviskoses Fluid arbeitet. Somit wird die Verschiebung zwischen den Ringnuten 5 und 6 für den Kolben zur Erzielung einer ausbalancierten Position so groß werden, daß die Position des Kolbens 2 unstabil wird. Dies macht es erforderlich, ein Vorspannmittel mit einem längeren Hub zu verwenden.
• Ebenfalls in folge der Fluidleckage kann die tatsächliche Flußrate von der Zielflußrate abweichen.
• Auf der anderen Seite kann, wenn in der Hülse anstatt der Ringnut einander gegenüber angeordnete, seitliche Löcher ausgebildet sind, um eine derartige Fluidleckage zu verringern, obwohl diese verringert wird, die unausgeglichene Kraft, welche auf den Kolben 2 in diametraler Richtung wirkt, in folge des hohen Fluiddrucks steigen, wodurch es notwendig wird, eine größere Feder zu verwenden, um die Vorspannkraft zu erhöhen.
• Da weiterhin die beabsichtigte Flußrate extrem klein ist, wenn die Vorspannkraft erhöht ist, muß die Öffnung extrem verengt werden.
• Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Flußsteuerventil zu schaffen, das die Flußrate mit hoher Genauigkeit selbst dann regeln kann, wenn das Ventil in einer Hochdruckleitung mit niederviskoser, langsamer Strömung verwendet wird.
• Um die vorstehenden Probleme zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung und wie in Anspruch 1 definiert, eine ringförmige Dichtung flüssigkeitsdicht in die in der Hülse ausgebildetete ringförmige Nut eingepaßt. Zwischen dieser ringförmigen Dichtung und einem Schulterabschnitt wird am Kolben ein Dichtungsabschnitt gebildet, so daß der Grad der Öffnung frei einstellbar ist und im geschlossenen Zustand eine Fluidleckage verhindert werden kann.
• Mit dieser Anordnung kann eine Fluidleckage an der Wand zwischen der ringförmigen Nut in der Hülse und der Nut im Kolben vermieden werden, wenn diese voneinander entfernt werden. Auch wird keine solche diametral unausbalancierte Kraft auftreten, wie bei der Konstruktion, bei der die seitlichen Löcher anstatt der Ringnuten verwendet werden.
• Weiterhin können die Vorspannmittel zum Ausüben einer Vorspannkraft am Kolben elektronisch und variabel steuerbar sein.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die ringförmige Dichtung in die ringförmige Nut eingepaßt, die am Innenumfang der Hülse ausgebildet ist, wobei der Innenumfang dieser ringförmigen Dichtung in der ringförmigen Nut angeordnet ist, die am Außenumfang des Kolbens ausgebildet ist. Bei dieser Anordnung kann das Flußregelventil auf geregelte Art und Weise geöffnet und geschlossen werden, indem der Innenumfang der ringförmigen Dichtung und der Schulterabschnitt am Kolben miteinander in Kontakt gebracht werden und voneinander getrennt werden, wenn der Kolben durch das Gleichgewicht des Differenzdrucks zwischen beiden Enden des Kolbens und den Vorspannmitteln, wie beispielsweise Federn und Elektromagneten, bewegt wird. Somit kann die Flußrate mit großer Genauigkeit selbst bei einer Flüssigkeit mit hohem Druck, niedriger Viskosität und geringer Strömungsgeschwindigkeit geregelt werden.
• Daher kann dieses Flußregelventil vorteilhafterweise in einer elektronischen Steuereinrichtung wie beispielsweise einer Antiblockiersteuerung in einer Bremsanordnung in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.
• Andere Merkmale und Ziele der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung anhand der begleitenden Figuren hervor, in welchen zeigt:
• Fig. 1 und 2 jeweils eine Seitenansicht im Schnitt der ersten Ausführungsform des Flußregelventils gemäß der vorliegenden Erfindung, in unterschiedlichen Zuständen;
• Fig. 3 eine Seitenansicht im Schnitt der zweiten Ausführungsform;
• Fig. 4 eine Seitenansicht im Schnitt der dritten Ausführungsform; und
• Fig. 5 eine Seitenansicht im Schnitt eines Flußregelventils gemäß dem Stand der Technik.
• Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist ein Kolben 12 gleitbar in der Hülse 11 montiert.
• Die Hülse 11 ist in der Nähe ihres oberen Endes an einer Seite mit einer Eingangsöffnung 13 und an ihrem unteren Ende mit einer Ausgangsöffnung 14 versehen. Weiterhin ist sie an ihrem Innenumfang mit einer ringförmigen Nut 15 versehen, die sich über den gesamten Umfang derselben erstreckt, um mit der Eingangsöffnung 13 in Verbindung zu stehen.
• Auch der Kolben 12 ist an seinem Außenumfang mit einer ringförmigen Nut 16 versehen, die sich über seinen gesamten Umfang erstreckt. Eine ringförmige Dichtung 17, die aus einem weichen federnden Material hergestellt ist, ist in die ringförmige Nut 15 so eingepaßt, daß sie mit ihrem Innenumfang in der ringförmigen Nut 16 aufgenommen ist.
• Die ringförmige Dichtung 17 ist an ihrem Außenumfang mit einer sich nach unten erstreckenden Umfangswand versehen, und ist flüssigkeitsdicht in die ringförmige Nut 15 eingepaßt. Wenn der Kolben 12 in der angehobenen Position ist, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist, ist zwischen dem Innenumfang der Dichtung 17 und einem Schulterabschnitt der ringförmigen Nut 16 ein Spalt gebildet, während in der abgesenkten Position, wie in der Fig. 2 gezeigt, der Innenumfang der Dichtung 17 gegen den Schulterabschnitt der ringförmigen Nut 16 gedrückt wird.
• Im Kolben 12 ist ein Fluiddurchlaß 18 ausgebildet. Er steht mit seiner oberen Öffnung mit einer oberen Kammer A in der Hülse 11 und mit seiner unteren Öffnung mit einer unteren Kammer B über eine Öffnung 19 in Verbindung.
• Der Innenumfang der Hülse 11 hat oberhalb der ringförmigen Nut 15 einen Abschnitt, der einen größeren Durchmesser als der Außenumfang des Kolbens 12 hat, so daß wenn der Kolben in seiner angehobenen oder eingezogenen Position (Fig. 1) ist, um den oberen Teil des Kolbens 12 eine Nut gebildet ist, um die ringförmige Nut 15 in der Hülse 11 mit der oberen Kammer A und dem Fluiddurchlaß 18 zu verbinden.
• Eine Druckfeder 20 ist als Vorspannmittel in der unteren Kammer B der Hülse 11 montiert, um den Kolben 12 nach oben vorzuspannen.
• Bei dieser Anordnung ist die Druckdifferenz zwischen den beiden Enden des Kolbens 12, d.h. den beiden Enden der Öffnung 19, durch die Kraft F der Feder 20 und die Querschnittsfläche S des Kolbens bestimmt, so daß die Flußrate, auf einen konstanten Wert gehalten werden kann, der durch den Druck F/S und die Querschnittsfläche der Öffnung bestimmt ist. Dies wird im einzelnen beschrieben.
• Es sei angenommen, daß der Eingangsdruck P1, der Ausgangsdruck P3 und der Druck in der oberen Kammer A in dem Kolben 12 P2 sind. Wenn der Spalt zwischen dem Kolben 12 und der ringförmigen Dichtung 17 offen ist, dann gilt:
• P1 = P2 > P3 + F/S. Somit wird der Kolben 12 abwärts laufen und die Öffnung zwischen dem Kolben und der ringförmigen Dichtung schließen (am Punkt X in Fig. 2). In diesem Zustand wird das Fluid in der oberen Kammer A durch die Öffnung 19 in Richtung zur Ausgangsöffnung 14 fließen, da P2 > P3 ist. Dann wird der Kolben wieder nach oben laufen, und dabei den Dichtungsabschnitt an der ringförmigen Dichtung 17 öffnen. Dies wird wiederholt, wobei der Zustand aufrechterhalten wird, bei dem die Gleichung P2 = P3 + F/S erfüllt ist. Somit wird die Druckdifferenz zwischen den beiden Enden der Öffnung 19 ungeachtet der Werte P1 und P3 auf dem Wert F/S gehalten, so daß die Flußrate durch die Öffnung 19 konstant gehalten wird.
• Jegliche Fluidleckage durch den Spalt zwischen dem Kolben 12 und der Hülse 11 wird der Gesamtflußrate durch das Regelventil addiert. Aber eine derartige Leckage kann auf einen vernachlässigbaren Wert veringert werden, indem die Berührungslänge zwischen Kolben und Hülse vergrößert wird.
• Namentlich bei einem herkömmlichen Flußregelventil (Fig. 5) wurde das Öffnen und Schließen unter Verwendung des Wandabschnittes zwischen der Nut im Kolben und der Nut in der Hülse durchgeführt, wobei diese zueinander verstellt wurden. Bei der vorliegenden Erfindung wird dieser Abschnitt durch den Dichtungsabschnitt an der ringförmigen Dichtung 17 ersetzt. Bei dieser Anordnung kann die Fluidleckage bei in geschlossener Position befindlichem Ventil auf einen vernachlässigbaren Grad verringert werden. Dies erfüllt die Anforderungen für hohen Druck, niedere Viskosität und geringe Flußrate.
• Die Hülse 11 der vorstehenden Ausführungsform ist als einstückig ausgebildet dargestellt. Aus Gründen der Herstellung und Montage kann sie aus einer Anzahl von trennbaren Teilen hergestellt sein.
• Es kann auch eine Schraube zum Einstellen des Federdruckes vorgesehen sein, so daß der Druck der Feder 20 einstellbar ist.
• Die Funktion der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 und 2 ist mit dem Aufbau gemäß Fig. 3 zu erreichen, wobei die Eingangsöffnung 13, die Ausgangsöffnung 14, die Öffnung 19 und die effektive Dichtungsfläche der ringförmigen Dichtung 17 in umgekehrter Beziehung positioniert sind.
• Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 und 2 ist der untere der beiden Drücke an den beiden Enden des Kolbens 12, d.h. an den beiden Enden der Öffnung 19, der Ausgangsdruck P3, während der höhere Druck P3 + F/S ist. Bei der Fig. 3 ist der höhere Druck der Eingangsdruck Pl, während der niederere Druck P1 - F/S ist. In jedem Fall beträgt die Druckdifferenz F/S.
• Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 und 2 steht das in Strömungsrichtung oberhalb liegende Ende der ringförmigen Dichtung 17 mit der Eingangsöffnung 13 in Verbindung, und das unterhalb liegende Ende steht mit der Stirnseite des Kolbens 12, die dem höheren Druck ausgesetzt ist, über den Spalt in Verbindung, der zwischen dem Außenumfang des Kolbens 12 und dem Innenumfang der Hülse 11 gebildet ist. In der Fig. 3 steht die ringförmige Dichtung 17 an ihrem in Strömungsrichtung oberhalb liegenden Ende mit der Stirnseite des Kolbens 12, die dem niedrigeren Druck ausgesetzt ist, in Verbindung und an ihrer unterhalb liegenden Seite mit der Ausgangsöffnung 14 über den Spalt in Verbindung, der zwischen dem Außenumfang des Kolbens 12 und dem Innenumfang der Hülse 11 gebildet ist.
• Unter Berücksichtigung dieser Merkmale sind die Konstruktion und Operationsweise der Ausführungsform, wie sie in der Fig. 3 gezeigt ist, leicht verständlich, da die Teile, die die gleiche Funktion wie jene in den Fig. 1 und 2 gezeigten haben, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
• Einige Bauelemente der Ausführungsform gemäß Fig. 3, die sich etwas von der Konstruktion dieser Teile in den Fig. 1 und 2 unterscheiden, zeigen einige Beispiele für mögliche Alternativen. Einer dieser Unterschiede ist die Querschnittsform der ringförmigen Dichtung 17. Es ist erforderlich, daß diese die Funktion des Abdichtens des Abschnittes zwischen sich selbst und den ringförmigen Nuten 15 in der Hülse 11 und die Funktion des Öffnens und Schließens des Fluiddurchlasses hat, der zwischen dem inneren Kantenabschnitt der ringförmigen Nut 15 und dem Schulterabschnitt des Kolbens 12 an der Grenze zwischen dem Außenumfang des Kolbens 12 und seiner ringförmigen Nut 16 ausgebildet ist.
• Solange als die ringförmige Dichtung 17 die vorstehend genannten zwei Funktionen hat, kann sie irgendeine gewünschte Querschnittsform haben und kann aus irgendeinem gewünschten Material hergestellt sein. Ein anderer Unterschied liegt in dem Fluiddurchlaß 18, welcher die Öffnung 19 einschließt. Solange als der Fluiddurchlaß 18 so vorgesehen ist, daß er die beiden Enden des Kolbens 12 miteinander verbindet, kann er entweder im Kolben 12 oder außerhalb desselben vorgesehen sein.
• Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die Druckfeder der in den Fig. 1 und 3 gezeigten Ausführungsformen durch elektronisch gesteuerte, variable Vorspannmittel in Form eines Elektromagneten ersetzt ist. Diese Ausführungsform gibt die Konstruktion eines Regelventils gemäß einer mehr praktischen Form wieder.
• Bei dieser Ausführungsform ist eine Hülse 11 in einem separaten Gehäuse 21 montiert und mit einer ringförmigen Dichtung 17 versehen.
• Ein Rahmen 22 ist am unteren Teil des Gehäuses 21 montiert. In dem Rahmen 12 sind mit einem Joch 25, das an der Unterseite des Rahmens 22 befestigt ist, eine Spule 23 und ein Anker 24 montiert, um einen Elektromagnet 26 zu bilden.
• Indem durch die Spule 23 Strom fließt, wird durch den Anker 24, den Rahmen 23 und das Joch 25 ein Magnetfluß erzeugt. Als Ergebnis wirkt eine nach oben gerichtete Kraft auf den Anker 24 und drückt den Kolben 12 auf die gleiche Art und Weise wie die Feder 20 in den Fig. 1 und 2 nach oben.
• Da die Vorspannkraft an dem Kolben 12 durch Ändern des Stromes durch die Spule 23 frei verändert werden kann, kann die Flußrate durch Fernsteuerung frei eingestellt werden.

Claims (4)

1. Flußregelventil mit:

einer Hülse (11), die mit einer Eingangsöffnung (13) einer Ausgangsöffnung (14) und an ihrem Innenumfang mit einer ringförmigen Nut (15) versehen ist;

einem Kolben (12), der verschiebbar und flüssigkeitsdicht in der Hülse montiert ist und ein Hochdruckende (A) und ein Niedrigdruckende (B) hat,

wobei der Kolben (12) an seinem Außenumfang mit einer Ringnut (16) versehen ist, die einen Schulterabschnitt aufweist;

einen Fluiddurchlaß (18), der mit einer Öffnung (19) versehen ist, um das Hochdruckende (A) mit dem Niedrigdruckende (B) zu verbinden;

einer ringförmigen Dichtung (17), die flüssigkeitsdicht in der in der Hülse (11) ausgebildeten ringförmigen Nut (15) und der im Kolben (12) ausgebildeten ringförmigen Nut (16) eingepaßt ist, wobei dazwischen ein Spalt verbleibt;

einem Vorspannmittel (20) zum Vorspannen des Kolbens (12) in einer Richtung entgegengesetzt zur Fluiddruckdifferenz zwischen dem Hochdruckende (A) und dem Niedrigdruckende (B) des Kolbens (12),

wobei die ringförmige Dichtung (17) zusammen mit dem Schulterabschnitt einen Dichtungsabschnitt zum Öffnen und Schließen der Fluidkommunikation von der Eingangsöffnung (13) zur Ausgangsöffnung (14) über die Öffnung (19) bildet, wenn sich der Kolben (12) bewegt,

wobei der Dichtungsabschnitt geöffnet wird, wenn die Fluiddruckdifferenz kleiner als der Druck entsprechend der Vorspannkraft des Vorspannmittels (20) ist, und geschlossen wird, wenn sie größer ist, wodurch die Druckdifferenz gleich dem Druck entsprechend der Vorspannkraft (20) gehalten wird und die Flußrate durch die Öffnung (19) so eingestellt ist, daß sie gleich dem Wert ist, der durch die Druckdifferenz und die Querschnittsfläche der Öffnung (19) bestimmt ist und der Flußrate zwischen der Eingangsöffnung (13) und der Ausgangsöffnung (14) entspricht.

2. Flußregelventil nach Anspruch 1, wobei es einen Durchlaß aufweist, der sich von der Eingangsöffnung zum Hochdruckende des Kolbens durch den Dichtungsabschnitt zwischen der ringförmigen Dichtung und dem Schulterabschnitt am Kolben erstreckt und dann weiter zur Ausgangsöffnung durch den Fluiddurchlaß mit der Öffnung führt.

3. Flußregelventil nach Anspruch 1, wobei es einen Durchlaß aufweist, der sich von der Eingangsöffnung zum Niedrigdruckende des Kolbens durch den Fluiddurchlaß mit der Öffnung erstreckt und dann durch den Dichtungsabschnitt, der zwischen ringförmiger Dichtung und dem Schulterabschnitt am Kolben gebildet ist, zur Ausgangsöffnung führt.

4. Flußregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vorspannmittel elektronisch und variabel gesteuert werden.