DE69117561T2 - Elektrisch betätigte Druckregeleinrichtung für Hydraulikschaltung - Google Patents

Elektrisch betätigte Druckregeleinrichtung für Hydraulikschaltung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Druckregelungssystem mit elektrischer Steuerung für einen Hydraulikkreis.
  • Sie ist insbesondere an Kraftfahrzeugbremssysteme mit einem Blockierschutz der Räder bei der Bremsung angepaßt. Die derzeitigen Antiblockiersysteme verwenden zwischen einem Druckflüssigkeitserzeuger und einem Hydraulikmotor ein Elektroventil, das von einem Rechner in Abhängigkeit von Signalen, welche die Drehung der Räder des Fahrzeuges darstellen gesteuert wird, um ganz allgemein den Druck der Flüssigkeit in dem Hydraulikmotor zu vermindern, wenn der Rechner die unmittelbare Blockierung eines Rades feststellt, um anschließend eine zweite Druckflüssigkeitsquelle einzuschalten, um den Druck wieder zu erhöhen, bis erneut eine unmittelbar bevorstehende Blockierung erfaßt wird, wobei der Zyklus nun wieder von neuem beginnt.
  • Das verwendete Elektroventil ist ein Elektroventil, das nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip funktioniert. Nun dauern aber die Antiblockierperioden, in denen sich Zyklen wie beispielsweise der im vorangegangenen genannte vollziehen, eine gewisse Zeit, im Verlaufe derer das Elektroventil innerhalb kürzester Zeit sehr häufig den Zustand ändert. Dies hat ein unangenehmes Schlaggeräusch des beweglichen Teiles des Elektroventils zur Folge.
  • Da das System nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip funktioniert, treten außerdem Druckstöße bei den Bremsen auf, was mangelhaft kontrollierte Übergangszustände zur Folge hat.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile durch Verwendung eines sogenannten proportionalen Elektro-ventils aus dem Weg zu räumen, das in dem Verbraucherkreis einen Hydraulikdruck gewährleistet, der von dem in der Spule des Elektroventils, innerhalb eines festgelegten Verschiebebereichs des Magnetkerns des Elektroventils fließenden Strom abhängig ist.
  • Ein derartiges Elektroventil bietet nun den Vorteil, durch einfaches Verändern des in der Spule fließenden Stromes gesteuert werden zu können, ohne daß ein Schlagen des beweglichen Teiles auftritt; hieraus resultiert nun eine ganz wesentliche Verminderung der Druckstöße bei den Bremsen. Ein derartiges Elektroventil kann darüber hinaus auf einfache Weise von einem Rechner gesteuert werden, der ein Zerhacken mit variabler Frequenz eines Gleichstromes, wie er beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zu finden ist, oder aber ein Zerhacken mit fester Frequenz und mit variablem Zyklusverhältnis gewährleistet, wobei die Stärke des von der Spule integrierten Stromes nun dem Zyklusverhältnis abhängig ist.
  • Ein solches Elektroventil ist zum Beispiel in der US-A-4 744 389 beschrieben. Das in diesem Dokument beschriebene Elektroventil kann jedoch aufgrund der insbesondere bei der Erregung des Elektroventils eingesetzten Drücke nicht in einem Hydraulikbremskreis mit einem Blockierschutz der Räder eingesetzt werden. Denn das Elektroventil dieses Dokumentes ist konzipiert, um auf Dauer in einem System zur Regelung eines relativ niedrigen Druckes zu arbeiten. Diese physikalische Einschränkung untersagt infolgedessen die Verwendung eines solchen Elektroventils bei hohen Drücken in dem Hydraulikmotor. Außerdem bietet dieses Elektroventil nicht die Möglichkeit, den Druck linear zu erhöhen, wenn der Strom in der Spule linear abnimmt und umgekehrt.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Elektroventil zu realisieren, das es ermöglicht, den Druck linear zu erhöhen, wenn der Strom in der Spule linear abnimmt sowie umgekehrt, und das bei hohem Druck in dem Hydraulikkreis erregt werden kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe eines Druckregelungssystems für einen Hydraulikkreis zugrunde, das wenigstens einen Druckflüssigkeitserzeuger, einen Hydraulikmotor und einen Niederdruckflüssigkeitsbehälter sowie ein Elektroventil enthält, welches von einem Rechner gesteuert wird und eine elektrische Spule sowie einen verschiebbaren Magnetkern aufweist, der einen Schieber steuert, welcher in einer in einem Körper vorgesehenen Bohrung verschiebbar ist, wobei der Schieber zwei auf beiden Seiten des Schiebers in der Bohrung angeordnete Kammern festlegt.
  • Gemäß der Erfindung weist der Schieber einen hydraulischen Raum auf, welcher mit dem Hydraulikmotor verbunden ist und eine Reaktionskraft bestimmt, die zu der von der Spule erzeugten Kraft hinzukommt und einem vorgespannten elastischen Mittel sowie einer den Schieber und den Kern in die Ruhestellung zurückholenden Rückstellfeder entgegenwirkt.
  • Vorzugsweise ist der Raum von einer in dem Schieber angebrachten Blindbohrung gebildet, wobei eine an dem Körper anliegende Nadel den Raum im wesentlichen dicht verschließt, während eine Radialbohrung diesen mit einer am Umfang des Schiebers vorgesehenen Nut verbindet.
  • Die Erfindung selbst sowie weitere Ziele, Vorteile und Eigenschaften derselben werden anhand der nun folgenden, unter Bezugnahme auf die zwei beiliegenden Zeichnungen erstellte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die als nicht einschränkendes Beispiel zu verstehen ist, klarer hervorgehen, in diesen Zeichnungen zeigen:
  • - Figur 1 auf schematische Weise eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung in der Ruhestellung;
  • - Figur 2 auf schematische Weise eine Schnittansicht des Systems der Figur 1 mit einigen zusätzlichen Funktionen.
  • Man weiß, daß die Spule der sogenannten proportionalen Elektroventile das wesentliche Merkmal aufweist, eine im wesentlichen konstante Kraft bei einem in einem nicht unwesentlichen, in der Größenordnung von 2 bis 3 mm liegenden Verschiebebereich des Magnetkerns festgelegten Strom liefern zu können. Dieses Merkmal wird im allgemeinen dank einer besonderen Geometrie der Polschuhe erhalten. Dieses Merkmal wird in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gebracht, um die durch Modulation des in der Spule fließenden Stromes erforderliche Funktion zu gewährleisten, um einen Betrieb mit einem sehr schnell schlagenden beweglichen Teil zu vermeiden.
  • In Figur 1 ist ein derartiges Elektroventil dargestellt, das eine Erregerspule 1 und einen verschiebbaren Magnetkern 3 aufweist, der mit einem Stößel 5 versehen ist, welcher an einem Schieber 7 anliegt, der in einer in einem Körper 9 vorgesehenen Bohrung verschiebbar ist. In der Kammer 11 ist wenigstens eine vorgespannte Feder 131 beispielsweise zwischen zwei Scheiben angeordnet, wobei die eine an dem Boden der Bohrung der Kammer 11 anliegt und die andere, also die Scheibe 130, in der Ruhestellung an einer Schulter der Bohrung zur Anlage kommt. Zwischen dieser Scheibe 130 und dem Schieber 7 ist eine Rückstellfeder 132 angeordnet, welche die notwendige Steifigkeit aufweist, um den Schieber in die hier dargestellte Ruhestellung zurückzuholen.
  • Der Schieber 7 ist derart bearbeitet, daß er eine Verbindung zwischen einem Verbraucherhydraulikmotor 20, einer Druckflüssigkeitsquelle 22 und einem Behälter 24 entsprechend den im allgemeinen verwendeten Systemen zur Hydraulikdruckregelung öffnen oder schließen kann. Um dies zu realisieren, ist am Umfang des Schiebers 7 eine Nut 59 vorgesehen.
  • Die beiden Kammern 11 und 15, die auf beiden Seiten des Schiebers 7 in der Bohrung angeordnet sind, stehen unter dem gleichen Druck. Ein Raum 26, der von einer in dem Schieber 7 angebrachten Blindbohrung gebildet ist, legt die Reaktionskraft fest, die zu der von der Spule 1 erzeugten Kraft hinzukommt. Dieser Raum 26 ist durch eine Nadel 28, die mittels eines Anschlages 55 an dem Körper 9 zur Anlage kommt, im wesentlichen dicht verschlossen und mittels einer Radialbohrung 34 mit der Nut 59 verbunden.
  • In der Ruhestellung, wie sie hier dargestellt ist, steht die Druckflüssigkeitsquelle 22 durch die Nut 59 mit dem Hydraulikmotor 20 in Verbindung, und der Raum 26 ist mit dem Motor 20 verbunden. Die beiden Außenkammern 11 und 15 stehen miteinander in Verbindung und sind von dem Behälter 24 mittels eines Ventils 50 isoliert.
  • Wenn das Elektroventil beispielsweise in der Phase der Blokkierverhinderung der Räder im Rahmen der bevorzugten Anwendung der Erfindung erregt wird, so erzeugt zunächst der in der Spule fließende Strom eine Kraft, die derjenigen der Feder 132 entgegenwirkt, ganz gleich welcher Druck in dem Hydraulikkreis vorherrscht. Dadurch kann insbesondere das Elektroventil einen geringen Stromverbrauch aufweisen. Das Verschieben des Schiebers 7 entgegen der Rückstellfeder 132 öffnet zunächst das Ventil 50 und verbindet die Kammern 11 und 15 mit dem Behälter 24 bevor der Strom in der Spule 1 seine Nennstärke erreicht. Ist nun die Nennstärke erreicht, so befindet sich der Schieber 7 in Anlage an der Scheibe 130, und seine Bewegung entgegen der Feder 131 schließt die Leitung 40 sowie die Verengung 42, wodurch nun die Druckflüssigkeitsquelle 22 abgetrennt ist. Die Nut 59 steht aufgrund ihrer Lage mit der Kammer 11 und infolgedessen mit dem Behälter 24 in Verbindung. Es erfolgt nun eine Verminderung des Druckes der Flüssigkeit in dem Motor. Man wird verstanden haben, daß die Bewegung des Schiebers 7 entgegen der Feder 131 durch den Strom in der Spule 1 erzeugt und durch die Hydraulikreaktion in dem Raum 26 begünstigt wird, der eine Kraft erzeugt, welche zu derjenigen von der Spule erzeugten hinzukommt und der von der vorgespannten Feder 131 erzeugten Kraft entgegenwirkt. Ist nun der Druck in dem Motor 20 abgefallen, so wird die durch den Raum 26 bedingte hydraulische Reaktionskraft durch die Reduzierung der Stärke des Stromes in der Spule geringer, und der Schieber bewegt sich in die andere Richtung, wodurch die Verbindung zwischen dem Motor 20 und der Kammer 11 sowie infolgedessen dem Behälter 24 wieder geschlossen und anschließend die Verbindung zwischen der Quelle 22 und dem Motor 20 mit Hilfe der Verengung 42 wieder hergestellt wird, wodurch eine langsamere Erhöhung des Druckes in dem Motor 20 möglich ist. Wird nun die Stärke des Stromes in der Spule erhöht, so wird der Druck in dem Motor 20 erneut abfallen, da ja die Verbindung zwischen dem Motor 20 und dem Behälter 24 mittels der Nut 59 sowie den Kammern 11 und 15 wieder geöffnet wird.
  • Man stellt also fest, daß eine Zunahme des Stromes in der Spule eine Verminderung des Druckes der Flüssigkeit in dem Motor 20 zur Folge hat. Man sieht nun, daß wenn der in der Spule 1 fließende Strom beispielsweise durch Zerhacken moduliert wird, der Schieber 7 folglich eine Position einnimmt, die von dem in dem Raum 26 herrschenden Druck abhängig ist, und daß durch geschicktes Steuern dieses Stromes an dem Motor 20 der gewünschte Flüssigkeitsdruck angelegt werden kann. Denn die in dem Raum 26 hervorgerufene Hydraulikreaktion wird die Verbindungen zwischen dem Motor 20 und der Druckflüssigkeitsquelle 22 sowie zwischen dem Motor 20 und dem Behälter 24 bei jedem festgelegten Wert der Stärke des in der Spule 1 fließenden Stromes automatisch öffnen oder schließen.
  • In Figur 2 wurde das in Figur 1 dargestellte System mit einigen zusätzlichen Funktionen, also Verbesserungen ausgestattet, deren Bedeutung für den Fachmann leicht verständlich sein werden. Die Druckflüssigkeitsquelle 22 wurde hier, wie dies bei den Bremssystemen mit einem Blockierschutz der Räder eines Fahrzeuges der Fall ist, durch zwei unterschiedliche Quellen ersetzt. Die eine 221 ist eine Hydrostatikquelle, zum Beispiel ein von dem Bremspedal des derart ausgestatteten Fahrzeuges gesteuerter Hauptzylinder, die andere 222 ist eine Hydrodynamikquelle, wie beispielsweise eine mit einem Akkumulator verbundene Pumpe. Am Eingang der Hydrodynamikquelle 222 ist eine Dichtung 70 derart angeordnet, daß ein Rückflußsicherungsventil gebildet ist, welches der Flüssigkeit des Hydraulikkreises untersagt, wieder nach oben zu der Quelle 222 zurückzufließen. Eine Radialbohrung 36 stellt eine Verbindung zwischen dem Raum 26 und einer Nut 63 her, die am Umfang des Schiebers 7 angebracht ist, der sich im Ruhezustand gegenüber der Leitung 42 befindet, wo die Hydrodynamikquelle 222 angeschlossen ist. Die aus dieser Quelle 222 austretende Flüssigkeit muß durch die Dichtung 70, die Leitung 42, den Raum 26, die Leitung 34, die Nut 59 sowie die Leitung 44 hindurchfließen, um den Motor 20 zu erreichen. Die Leitung 42 ist nun vorteilhafterweise eine Verengung, die es ermöglicht, die Zunahme des Druckes der Flüssigkeit in dem Motor 20 nach einer Verminderung desselben zu kontrollieren. Eine Verengung 38 ist ebenfalls stromaufwärts der Leitung 42 vorgesehen, um diese mit der Hydrostatikquelle 221 zu verbinden und die an die Hydrostatikquelle 221, genauer gesagt auf den Fuß des Fahrers übertragenen Schwingungen zu vermindern. Die Nut 59 wurde verändert, damit die Hydrostatikquelle 221 von dem Motor 20 isoliert ist, sobald es zu einer Erregung des Elektroventils kommt, wodurch vermieden wird, dem System einen Steuerschieber hinzufügen zu müssen.
  • Selbstverständlich wird man verstehen, daß die Hydrodynamikquelle 222 sich zur gleichen Zeit wie das Elektroventil in der Ruhestellung befindet.
  • Schließlich ist eine weitere Dichtung 72 zwischen dem Motor 20 und der mit der Hydrostatikquelle 221 verbundenen Leitung 40 derart angeordnet, daß ein Rückflußsicherungsventil gebildet ist, welches sich als nützlich erweist, um die schnelle Verminderung der Druckflüssigkeit zu ermöglichen.

Claims (6)

1. Druckregelungssystem für einen Hydraulikkreis, das wenigstens einen Druckflüssigkeitserzeuger (22), einen Hydraulikmotor (20) und einen Niederdruckflüssigkeitsbehälter (24) sowie ein Elektroventil enthält, welches von einem Rechner gesteuert wird und eine elektrische Spule (1) sowie einen verschiebbaren Magnetkern (3) aufweist, der einen Schieber (7) steuert, welcher in einer in einem Körper (9) vorgesehenen Bohrung verschiebbar ist, wobei der Schieber (7) zwei auf beiden Seiten des Schiebers (7) in der Bohrung angeordnete Kammern (11, 15) festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (7) einen hydraulischen Raum (26) aufweist, welcher mit dem Hydraulikmotor (20) verbunden ist und eine Reaktionskraft bestimmt, die zu der von der Spule (1) erzeugten Kraft hinzukommt und einem vorgespannten elastischen Mittel (131) sowie einer den Schieber (7) und den Kern (3) in die Ruhestellung zurückholenden Rückstellfeder (132) entgegenwirkt.
2. Druckregelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (26) von einer in dem Schieber (7) angebrachten Blindbohrung gebildet ist, wobei eine an dem Körper anliegende Nadel (28) den Raum (26) im wesentlichen dicht verschließt, während eine Radialbohrung (34) diesen mit einer am Umfang des Schiebers (7) vorgesehenen Nut (59) verbindet.
3. Druckregelungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Mittel (131) von wenigstens einer in einer (11) der Kammern gelagerten Feder gebildet wird.
4. Druckregelungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (132) zwischen dem elastischen Mittel (131) und dem Schieber (7) gelagert ist.
5. Druckregelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (11, 15) miteinander in Verbindung stehen und von dem Behälter (24) isoliert sind, wenn das Elektroventil nicht erregt ist, und mit dem Behälter (24) verbunden sind, wenn das Elekroventil erregt ist.
6. Druckregelungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein normalerweise geschlossenes Ventil (50) zwischen einer (15) der Kammern und dem Behälter (24) derart angeordnet ist, daß der unter Druck stehende Hydraulikkreis von dem Behälter (24) isoliert ist, wenn das Elektroventil nicht erregt ist.
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