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Dokumentenidentifikation DE19536619A1 03.04.1997
Titel Ventil für eine hydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Wolff, Guenter, Dipl.-Ing. (FH), 71701 Schwieberdingen, DE;
Zechmann, Juergen, Dipl.-Ing., 74081 Heilbronn, DE;
Brehm, Werner, Dipl.-Ing., 71282 Hemmingen, DE
DE-Anmeldedatum 30.09.1995
DE-Aktenzeichen 19536619
Offenlegungstag 03.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse B60T 13/68
IPC-Nebenklasse B60T 8/36   F16K 31/06   
Zusammenfassung Die Zuhaltekraft des Ventils soll verringert werden.
Das elektromagnetisch betätigbare Ventil (1) hat ein entgegen der Kraft einer vorgespannten Rückstellfeder (30) in seine Schließstellung überführbares Sitzventil (29). Dessen Ventilsitz (28) steht mit der Zuströmseite (33) und dessen an einem Stößel (21) angeordnetes Schließglied (23) mit der Abströmseite (34) des Ventils (1) in Verbindung. Mit dem Stößel (21) wirkt ein Magnetanker (20) in einem Ventildom (12) zusammen, der druckmittelleitend mit der Abströmseite (34) verbunden ist. Der Magnetanker (20) und der Stößel (21) sind zwei getrennte, kraftschlüssig aneinander abgestützte Bauteile. Zuströmseitig geht vom Schließglied (23) eine Längsbohrung (37) des Stößels (21) aus, in der ein längsbewegbarer Stift (41) weitgehend druckdicht aufgenommen ist. Der Querschnitt des Stifts (41) entspricht wenigstens annähernd dem Dichtquerschnitt des Ventilsitzes (28). Die Längsbohrung des Stößels (21) ist im Magnetanker (20) fortgesetzt. In dieser Längsbohrung (45) ist ein zweiter Stift (46) aufgenommen.
Während der Stößel (21) und der Magnetanker (20) druckausgeglichen sind, wird in der Schließstellung des Ventils (1) der zuströmseitige Differenzdruck über die beiden kraftschlüssig aneinander abgestützten Stifte (41, 46) auf eine Stirnwand (13) des Ventildoms (12) abgeleitet.
Das Ventil (1) ist in hydraulischen Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge verwendbar.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Ventil nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

In schlupfgeregelten hydraulischen Bremsanlagen finden Ventile Verwendung, welche in ihrer elektromagnetbetätigten Schließstellung sehr hohen hydraulischen Öffnungskräften unterworfen sind. Der elektromagnetische Kreis dieser Ventile muß daher in der Ventilschließstellung eine Zuhaltekraft auf den Magnetanker aufbringen, welche größer ist als die maximale hydraulische Öffnungskraft zuzüglich der Kraft einer Rückstellfeder. Ein derart ausgelegter Magnetkreis benötigt einen entsprechenden Einbauraum und verhindert die Anordnung derartiger Ventile in raumsparender dichter Packung. Darüber hinaus verursachen solche Ventile erhebliche Schaltgeräusche.

Aus DE 31 26 246 A1 ist ein gattungsgemäßes Ventil bekannt, bei dem zur Verringerung der Zuhaltekraft durch am Stößel wirksamen Druckausgleich ein relativ kurzer Stift im ventildomseitigen Endabschnitt des durch den Magnetanker hindurchgeführten und mit diesem formschlüssig vereinigten Stößels längsbewegbar in einer Längsbohrung desselben angeordnet ist. Um den in Relation zu seinem Durchmesser sehr langen Stößel nur gering zu schwächen, ist die Längsbohrung lediglich im ventildomseitigen Endabschnitt an den Stift angepaßt, im übrigen aber auf einen sehr kleinen Durchmesser reduziert. Damit ist nicht nur die Fertigung des Stößels erschwert, von Nachteil ist auch die Vereinigung von Stößel und Magnetanker, weil dies eine den Magnetkreis schwächende Schiefstellung des Ankers im Ventildom aufgrund von Fertigungstoleranzen zwischen Stößel und Magnetanker hervorrufen kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sich Fluchtungs- und Winkelfehler von Magnetanker und Stößel nicht auf das jeweils andere Bauteil übertragen können. Der Magnetanker kann daher mit sehr geringem radialen Spiel im Ventildom geführt werden. Entsprechend der Trennung von Magnetanker und Stößel ist auch der Stift geteilt, was die Fertigung der Längsbohrung im Magnetanker erleichtert. Die druckausgleichende Wirkung ist mit hoher Funktionssicherheit erzielt, insbesondere wenn die Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ventils gemäß den Ansprüchen 2 und 3 Anwendung finden.

Auch mit den in den weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Ventils möglich.

Die im Anspruch 4 gekennzeichnete Maßnahme erhöht die Wirksamkeit der Abdichtung des Stifts in der Längsbohrung des Stößels, weil bei einem Temperaturanstieg sich einerseits die Viskosität des Druckmittels vermindert, andererseits aber der an sich schon sehr kleine Dichtspalt zwischen Stift und Stößel aufgrund der Werkstoffwahl eine Verkleinerung erfährt. Die geringe Leckage des Druckmittels durch den Dichtspalt bleibt bei einer Temperaturerhöhung somit weitgehend gleich.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 hat den Vorteil, daß beim Schalten des Ventils die Druckmittelströmung durch die Blende eine viskositätsunabhängige Verlangsamung erfährt. Diese Maßnahme führt zu einer Verminderung der Geschwindigkeit von Magnetanker und Stößel während des Schaltvorgangs mit der Folge leiserer Schaltgeräusche.

Zur Verminderung des Schaltgeräusches dient auch die Maßnahme nach Anspruch 6, weil sich die durch die Längsbohrung bedingte Querschnittsminderung des Stößels über einen großen Teil seiner Länge erstreckt, was die Elastizität des Stößels in Längsrichtung erhöht. Beim Auftreffen des am Stößel befindlichen Schließgliedes auf den Ventilsitz wird hierdurch neben dem Schaltgeräusch auch der Verschleiß der Sitzventilteile durch verminderte Aufschlagskräfte verringert.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Längsschnitts durch ein elektromagnetisch betätigbares Ventil vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist neben einem elektromagnetbetätigten Ventil 1 nur ein Teil einer hydraulischen Bremsanlage mit Schlupfregelung dargestellt. Eine derartige Bremsanlage und deren Funktion ist in DE 41 19 662 A1 dargestellt und beschrieben. Zu der Bremsanlage gehört ein durch ein Pedal 2betätigbarer, zweikreisiger Hauptbremszylinder 3 mit einem Druckmittel-Vorratsbehälter 4. Vom Hauptbremszylinder 3 geht wenigstens eine Leitung 5 zu wenigstens einem Radbremszylinder 6 einer Radbremse aus. In der Leitung ist das Ventil 1 in der Form eines 2/2-Wegeventils angeordnet. Das Ventil 1 hat eine durch Federbetätigung erzeugbare Durchlaßstellung, in welcher Druckmittelmengen zwischen dem Hauptbremszylinder 3 und dem Radbremszylinder 6 verschoben werden können. In seiner elektromagnetisch betätigten Schließstellung trennt das Ventil 1 einen Druckmittelfluß zwischen dem Hauptbremszylinder 3 und dem Radbremszylinder 6. zwischen dem Ventil 1 und dem Radbremszylinder 6 ist an die Leitung 5 ein Auslaßventil 7 und eine Pumpe 8 angeschlossen, um bei einer Schlupfregelung dem Radbremszylinder entnommenes Druckmittel zurück zum Hauptbremszylinder 3 zu fördern.

Das Ventil 1 weist ein zur Aufnahme in einem nicht dargestellten Ventilblock bestimmtes Ventilgehäuse 9 auf, welches mit einer Jochscheibe 10 fest verbunden ist. Das Ventilgehäuse 9 ist über die Jochscheibe 10 hinaus mit einem Polkern 11 fortgesetzt. Mit dem Polkern 11 ist ein hülsenförmiger Ventildom 12 dicht verbunden. Polkernabgewandt besitzt der Ventildom 12 eine halbkugelförmige Stirnwand 13.

Der Ventildom 12 ist von einer ringförmigen Magnetspule 16 umgriffen. Ein glockenförmiges Gehäuse 17 umschließt die Magnetspule 16. Das Gehäuse 17 greift einerseits am Ventildom 12 an; andererseits ist es mit der Jochscheibe 10 verbunden.

Im spulenseitig geschlossenen Ventildom 12 ist ein Magnetanker 20 längsbewegbar aufgenommen. Vom Magnetanker 20 geht ein Stößel 21 aus. Der Magnetanker 20 und der Stößel 21 sind getrennte Bauteile. Der Stößel 21 ist in einer Längsbohrung 22 des Ventilgehäuses 9 mit radialem Spiel aufgenommen. An seinem vom Anker abgewandten Ende ist der Stößel 21 als halbkugelförmiges Schließglied 23 ausgebildet.

In den ankerabgewandten Abschnitt der Längsbohrung 22 ist ein buchsenförmiger Ventilkörper 26 mit einer Durchgangsbohrung 27 eingepreßt, welche in einen Ventilsitz 28 mündet. Dieser ist als kegelförmige Ansenkung des Ventilkörper 26 ausgebildet. Das Schließglied 23 und der Ventilsitz 28 sind Teil eines Sitzventils 29, zu dem eine vorgespannte Rückstellfeder 30 gehört, welche einerseits am Stößel 21 und andererseits am Ventilkörper 26 abgestützt ist. Aufgrund der Wirkung der Rückstellfeder 30 greifen der Stößel 21 und der Magnetanker 20 kraftschlüssig aneinander an. Das Sitzventil 29 befindet sich in einer Ventilkammer 31, welche in eine Querbohrung 32 des Ventilgehäuses 9 übergeht. Während der ankerabgewandte Teil der Längsbohrung 22 des Ventilgehäuses 9 die mit dem Hauptbremszylinder 3 verbundene Zuströmseite 33 des Ventils 1 bildet, stellt die Querbohrung 32 die mit dem Radbremszylinder 6 verbundene Abströmseite 34 dar. Der Durchgang des Ventils 1 zwischen Zuströmseite 33 und Abströmseite 34 wird durch das Sitzventil 29 geschaltet.

In der gemeinsamen Achse von Magnetanker 20, Stößel 21 und Ventilkörper 26 geht vom Schließglied 23 eine den Stößel in seiner vollen Länge durchdringende Längsbohrung 37 aus. Ventilkörperseitig hat die Längsbohrung 37 zunächst einen Bohrungsabschnitt 38, dessen Durchmesser kleiner ist als der freie Durchgang des Ventilkörpers 26. Gegen den Magnetanker 20 ist der Bohrungsabschnitt 38 durch eine Blende 39 abgeschlossen. Auf diese folgend geht die Längsbohrung 37 in einen ankerseitigen Bohrungsabschnitt 40 über, dessen Querschnitt wenigstens annähernd dem Dichtquerschnitt des Ventilsitzes 28 entspricht. Im Bohrungsabschnitt 40 ist ein erster Stift 41 längsbewegbar aufgenommen. Der Stift 41 erstreckt sich einerseits bis nahe an die Blende 39 und andererseits bis nahe an die Trennfläche 42 zwischen dem Stößel 21 und dem Magnetanker 20. Durch eine sehr enge Tolerierung und hohe Oberflächengüte von Bohrungsabschnitt 40 und Stift 41 besteht ein sehr geringes Spiel zwischen den beiden Bauteilen. Die Passung zwischen dem Stift 41 und dem Bohrungsabschnitt 40 ist daher als leckagearm anzusehen und dadurch weitgehend druckdicht. Außerdem besteht der Stift 41 aus einem Werkstoff mit höherem Temperaturausdehnungskoeffizienten als demjenigen des Stößelwerkstoffs. Bei Temperaturänderungen bleibt daher die Leckage zwischen den beiden Teilen weitgehend gleich.

Die Längsbohrung 37 des Stößels 21 findet in einer achsgleich verlaufenden, durchgehenden Längsbohrung 45 des Magnetankers 20 ihre Fortsetzung. In der Längsbohrung 45 ist ein zweiter Stift 46 aufgenommen. Dieser ist, wie in der Figur dargestellt, mit seinem einen Ende an der Stirnwand 13 des Ventildoms 12 abgestützt. Mit seinem anderen, zapfenförmig ausgebildeten Ende greift er am Stift 41 des Stößels 21 kraftschlüssig an. Die Passung zwischen dem zweiten Stift 46 und der Längsbohrung 45 des Magnetankers 20 kann größeres Spiel aufweisen als zwischen dem ersten Stift 41 und dem Stößel 21.

Das Ventil hat folgende Wirkungsweise:

In der gezeichneten Durchlaßstellung des Ventils 1 kann durch Betätigen und Lösen des Pedals 2 Druckmittel zwischen dem Hauptbremszylinder 3 und dem Radbremszylinder 6 und umgekehrt verschoben werden. Der vom Hauptbremszylinder 3 erzeugte Druck pflanzt sich, ausgehend von der Ventilkammer 31, durch die Längsbohrung 22 des Ventilgehäuses 9 in den Ventildom 12 fort. Aufgrund dieser druckmittelleitenden Verbindung zwischen der abströmseitigen Ventilkammer 31 und dem Ventildom 12 sind in dieser Stellung des Ventils 1 der Stößel 21 und der Magnetanker 20 druckausgeglichen. Beim Umschalten des Ventils 1 in die Sperrstellung muß daher die durch Bestromen der Magnetspule 16 erzeugte, auf den Magnetanker 20 wirkende Magnetkraft im wesentlichen nur die Vorspannkraft der Rückstellfeder 30 sowie durch Staudruck am Stößel 21 erzeugte Kräfte überwinden. Aufgrund der Magnetkraft werden der Magnetanker 20 und der Stößel 21 in Richtung auf den Ventilkörper 26 bewegt. Da eine hydraulische Säule auf der blendenseitigen Stirnseite des ersten Stiftes 41 lastet, verbleiben die beiden Stifte 41 und 46 in ihrer gezeichneten Lage, das heißt während der erste Stift 41 am zweiten Stift 46 angreift, stützt sich letzterer an der Stirnwand 13 des Ventildoms 12 ab. Die im Bohrungsabschnitt 38 des Stößels 21 befindliche Druckmittelsäule muß bei der Bewegung des Stößels 21 gegen den Ventilkörper 26 zum Teil die Blende 39 überwinden, um den sich bei der Stößelbewegung vergrößernden Raum zwischen der Blende und der angrenzenden Stirnseite des Stiftes 41 aufzufüllen. Dabei wirkt die Blende 39 als viskositätsunabhängige Drossel, welche eine Verlangsamung der Schließbewegung und in umgekehrter Richtung auch der Öffnungsbewegung des Ventils 1 hervorruft. In Verbindung mit dem relativ schlanken, aufgrund der Längsbohrung 37 einen kleinen Querschnitt aufweisenden Stößel 21, was dessen Elastizität in Längsrichtung erhöht, vermindert die verlangsamte Stößelbewegung das Schaltgeräusch des Ventils 1, wenn das Schließglied 23 des Stößels 21 auf den Ventilsitz 28 des Ventilkörpers 26 auftrifft.

Das Ventil 1 wird in seine Sperrstellung geschaltet, wenn Zwecke der Schlupfregelung im Radbremszylinder 6 der Druck verringert oder konstant gehalten wird. Aufgrund des an der Zuströmseite 33 des Ventils 1 höheren Drucks als auf der Abströmseite 34 tritt am Sitzventil 29 eine Druckdifferenz auf. Diese führt jedoch zu keiner Erhöhung der Zuhaltekraft des Ventils 1: Da der Querschnitt des ersten Stiftes 41 dem Dichtquerschnitt des Ventilsitzes 28 wenigstens annähernd entspricht und die Passung zwischen dem Stift 41 und der Längsbohrung 37 des Stößels 21 weitgehend druckdicht ist, vermag sich der Differenzdruck nicht durch die Längsbohrung 37 auf die ankerseitige Stirnseite des Stößels 21 sowie in den Ventildom 12 fortzupflanzen. Der Stößel 21 und der Magnetanker 20 sind daher auf ihren jeweiligen beiden voneinander abgewandten Stirnseiten weiterhin dem abströmseitigen Druck unterworfen und bleiben druckausgeglichen. Der Differenzdruck bewirkt aber an der blendenseitigen Stirnseite des ersten Stiftes 41 eine auf den Magnetanker 20 gerichtete Kraft. Diese Kraft wird jedoch vom ersten Stift 41 auf den zweiten Stift 46 übertragen und von diesem auf die Stirnwand 13 des Ventildoms 12 abgeleitet.

Beim Abschalten der Bestromung der Magnetspule 16 bricht die Magnetkraft zusammen. Die Rückstellfeder 30 stellt den Stößel 21 und den Magnetanker 20 gegen im wesentlichen Reibungskräfte zwischen den beiden Stiften 41 und 46 einerseits und dem Stößel 21 sowie dem Magnetanker 20 andererseits und an der Blende 39 verursachte hydraulische Kräfte zurück.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektromagnetisch betätigbares Ventil (1) für eine hydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, insbesondere mit Schlupfregelung, mit
    1. - einem entgegen der Kraft einer vorgespannten Rückstellfeder (30) in seine Schließstellung überführbaren Sitzventil (29), dessen Ventilsitz (28) mit der Zuströmseite (33) und dessen Schließglied (23) mit der Abströmseite (34) des Ventils (1) in Verbindung steht,
    2. - einem das Schließglied (23) aufweisenden Stößel (21),
    3. - einem mit dem Stößel (21) zusammenwirkenden Magnetanker (20) in einem Ventildom (20), der druckmittelleitend mit der Abströmseite (34) des Ventils (1) verbunden ist,
    4. - einer zuströmseitig vom Schließglied (23) ausgehenden Längsbohrung (37) des Stößels (21), in der ein an einer Wand (13) des Ventildoms (12) abgestützter, längsbewegbarer Stift (41, 46) weitgehend druckdicht aufgenommen ist, dessen Querschnitt wenigstens annähernd dem Dichtquerschnitt des Ventilsitzes (28) entspricht,
  2. gekennzeichnet durch die Merkmale:
    1. - der Magnetanker (20) und der Stößel (21) sind zwei getrennte, kraftschlüssig aneinander abgestützte Bauteile,
    2. - die Längsbohrung (37) des Stößels (21) ist im Magnetanker (20) fortgesetzt,
    3. - der Stift (41, 46) ist zweiteilig ausgebildet, wobei sich der zweite Teil (46) in der Längsbohrung (45) des Magnetankers (20) erstreckt.
  3. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (41, 46) im Bereich der Trennfläche (42) zwischen dem Magnetanker (20) und dem Stößel (21) geteilt ist.
  4. 3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (41, 46) des Stifts kraftschlüssig aneinander abgestützt sind.
  5. 4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stößelseitige Teil (41) des Stift aus einem Werkstoff mit höherem Temperaturausdehnungskoeffizienten als demjenigen des Stößelwerkstoffs besteht.
  6. 5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsbohrung (37) des Stößels (21) im schließgliedseitigen Abschnitt (38) als Blende (39) ausgebildet ist.
  7. 6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der im Stößel (21) aufgenommene Stift (41) annähernd bis an die Blende (39) erstreckt.






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