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Title:
PRESSURE-CONTROL VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1992/013741
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a pressure-control valve which has a valve stem (1) mounted in a housing (7), with a seal between stem and housing, the valve also having a pressure-compensation channel (4) permanently linking a first and a second pressure space (8, 9). In order to provide an inexpensive pressure-compensated pressure-control valve of the type described above which, on miniaturization, gives minimum-friction, leak-free sealing between the valve stem (1) and the shaft mounting in the housing, without limiting the stem's self-aligning capability with respect to the valve seat (10), the invention calls for a sealing element (3, 3') which abuts the valve housing (7) and which is designed so that it can move radially by an amount equal to the clearance fit between the stem (1) and housing (7).

Inventors:
Goossens, Andr� F. L. (Slijkenhoefstraat 11, Rumst, B-2840, BE)
Application Number:
PCT/EP1992/000241
Publication Date:
August 20, 1992
Filing Date:
February 04, 1992
Export Citation:
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Assignee:
ALFRED TEVES METALLWARENFABRIK GMBH & CO. OHG (Othestrasse 19, Bergneustadt, D-5275, DE)
Goossens, Andr� F. L. (Slijkenhoefstraat 11, Rumst, B-2840, BE)
International Classes:
B60T8/36; B60T15/02; B60T15/36; F16J15/56; F16K31/06; (IPC1-7): B60T8/36; B60T13/68
Domestic Patent References:
WO1990003500A11990-04-05
Foreign References:
DE3240276A11984-05-03
GB2021240A1979-11-28
FR957864A1950-02-28
FR1481372A1967-05-19
Attorney, Agent or Firm:
Portwich, Peter (Alfred Teves GmbH, Guerickestrasse 7, Frankfurt am Main 90, D-6000, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Drucksteuerventil, insbesondere Elektromagnetventil für hydraulische Bremsanlagen mit Schlupfregelung, das ein in einem Ventilgehäuse geführtes Ventilschließglied auf¬ weist, dessen Ventilschaft abgedichtet angeordnet in ei¬ nem gehäuseseitigen, einen ersten von einem zweiten Druckraum trennenden Führungsabschnitt, einen den ersten Druckraum mit dem zweiten Druckraum verbindenden Druck¬ ausgleichskanal aufweist, oder wobei anstelle des Ventil¬ schaftes das Ventilgehäuse die Druckausgleichsbohrung aufweist, wobei das Ventilschließglied in Abhängigkeit von seiner Hubbewegung mit einem in einem Ventilgehäuse befestigten Ventilsitz korrespondiert, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß der Ventilschaft (1) zumin¬ dest ein am Führungsabschnitt (2) anliegendes Dichtele¬ ment (3, 3') führt, das relativ gegenüber dem Führungsab¬ schnitt (2) um das Maß einer zwischen dem Ventilschaft (1) und dem Führungsabschnitt (2) bestehende Spielpassung radial verlagerbar ist, um den ersten vom zweiten Druck¬ raum (8, 9) hydraulisch zu trennen.
2. Drucksteuerventil nach Anspruch 1, dadurch g e e n ¬ z e i c h n e t, daß die von dem Ventilschaft (1) und dem Führungsabschnitt (2) abgewandte Fläche des Dichtelemen¬ tes (3, 3' ) eine im wesentlichen konvex gewölbte Ring¬ fläche aufweist, die von einem Dichtungsniederhalter (5, 5') beaufschlagt ist.
3. Drucksteuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß der Dichtungsniederhalter (5, 5') aus einer im wesentlichen innen konischen Profil¬ form gebildet ist, die von einer Druckfeder (6, 6') unter Flächenpressung am Führungsabschnitt (2) gehalten ist.
4. Drucksteuerventil nach mindestens einem der vorhergehen¬ den Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Dichtungsniederhalter (5, 5') mit der Druckfeder (6, 6' ) und dem Dichtelement (3, 3' ) konzentrisch am Ventil¬ schaft (1) angeordnet ist.
5. Drucksteuerventil nach mindestens einem der vorhergehen¬ den Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Profilquerschnitt des Dichtelementes (3, 3') im we¬ sentlichen eine Dreiecksstruktur aufweist, die mit ihren Katheten an der Stirnfläche des Ventilschaftes (1) und des Führungsabschnittes (2) anliegen, wobei die Hypotenu¬ se von dem Dichtungsniederhalter (5 , 5' ) unter Einwirkung einer nahezu allseitig gleichen Flächenpressung beauf¬ schlagt ist.
6. Drucksteuerventil nach mindestens einem der vorhergehen¬ den Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h ¬ n e t, daß diametral zum ersten Dichtelement (3) ein zweites Dichtelement (3') am Führungssteg (2) angeordnet ist, das mittels einer auf einen weiteren Dichtungsnie¬ derhalter (5' ) einwirkenden Druckfeder (6' ) anlegbar ge¬ halten ist.
7. Drucksteuerventil nach einem der vorhergehenden .An¬ sprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Führungsabschnitt (2) als separates, rotationssymmetrisch ebenes Bauteil mit gegenüber dem Ventilgehäuse (7) ver¬ gleichsweise größerer Gefügehärte kraftschlüssig im Ven¬ tilgehäuse (7) gehalten ist, wobei die am Umfang des Füh¬ rungsabschnittes (2) angeordnete Hinterschneidung mit dem Material des Ventilgehäuses (7) in Eingriff steht.
8. Drucksteuerventil nach .Anspruch 6, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß die den Dichtungsniederhaltern (5, 5' ) abgewandten Enden der Druckfedern (6, 6' ) an den In¬ nenwandungen der beiden Druckräume (8, 9) abstützbar sind.
9. Verfahren zur Montage des das Dichtelement tragenden Füh¬ rungsabschnittes innerhalb eines Drucksteuerventils, ins¬ besondere Elektromagnetventil für hydraulische Bremsanla¬ gen mit Schlupfregelung, das ein in einem Ventilgehäuse geführtes Ventilschließglied aufweist, dessen Ventil¬ schaft abgedichtet in einem gehäuseseitigen, einen ersten von einem zweiten Druckraum trennenden Führungsabschnitt, einen den ersten Druckraum mit dem zweiten Druckraum ver¬ bindenden Druckausgleichskanal aufweist, oder wobei an¬ stelle des Ventilschaftes das Ventilgehäuse eine Druck¬ ausgleichskanal aufweist, wobei das Ventilschließglied in Abhängigkeit von seiner Hubbewegung mit einem im Ventil¬ gehäuse vorgesehenen Ventilsitz korrespondiert, insbeson¬ dere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, da¬ durch g e k e n n z e i c h n e t, daß: a) ein Lehrdorn zum Ventilsitz (10) zentriert in das Ventilgehäuse (7) eingesetzt wird, wobei ein zur Gehäusebohrung konzentrischer Ansatz oder vorzugsweise die Gehäusebohrung selbst die präzise Zentrie¬ rung für den Führungsabschnitt (2) bildet, der Führungsabschnitt (2) mit einem Zentrierwerk¬ zeug in die Ventilgehäusebohrung derart eingedrückt wird, daß der gegenüber dem Führungsabschnitt (2) relativ weichere Werkstoff des Ventilgehäuses (7) plastisch verformt den Hohlraum einer am Umfang des Führungsabschnittes (2) vorgesehene Hinterschnei dung ausfüllt, um die erforderliche Haltekraft zu erzeugen.
Description:
Drucksteuerventi1

Die Erfindung betrifft ein Drucksteuerventil, insbesondere Elektromagnetventil für Bremsanlagen mit Schlupfregelung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige konventionelle, bereits hinreichend bekannte Drucksteuerventile finden vielfältige technische Verwen¬ dungsmöglichkeiten.

In der Deutschen Offenlegungsschrift 32 40 276 ist bereits ein druckausgeglichenes Drucksteuerventil der vorgenannten Gattung beschrieben, das in einer Ausführungsform zur «Ab¬ dichtung eines ersten Druckraums gegenüber einem zweiten Druckraum einen in einem Führungsabschnitt eingesetzten Dichtring aufweist, um die zwischen dem Ventilschaft und dem Führungsabschnitt bestehende Spielpassung gegenüber Spalt¬ leckageströme zu verschließen.

Bei näherer Betrachtung der Ventilkonstruktion ist zu beden¬ ken, daß eine befriedigende Dichtwirkung nur bei Wahl einer engtolerierten Passung zwischen dem Ventilschaft und dem das Dichtelement aufnehmenden Führungsabschnitt des Gehäuses ge¬ währleistet ist. Die Herstellung einer möglichst engtole¬ rierten Spielpassung stößt jedoch mit zunehmender Miniaturi¬ sierung nicht nur aus Kostengründen, sondern auch aus ferti- gungs- und funktionstechnischen Gesichtspunkten an die Gren¬ ze der produktionsgerechten Realisierungsmöglichkeiten. Zudem beeinträchtigt eine allzu enge Spielpassung die für die einwandfreie Ventilschließfunktion erforderliche Selbst¬ zentrierung des Ventilschaftes gegenüber dem Ventilsitz.

Ferner gilt es zu bedenken, daß die aus dem Stand der Tech¬ nik bekannte Verwendung von Elastomerdichtungen zum Zwecke der .Abdichtung zwischen dem Führungssteg des Gehäuses und dem Ventilschaft zwangsläufig hohe den Verschleiß fördernde Reibungskräfte erzeugen, die über entsprechend erhöhte Fe¬ der- und Magnetkräfte kompensiert werden müssen. Zu beachten bleibt ferner, daß eine Miniaturisierung der Elastomerdich¬ tungen nur sehr eingeschränkt möglich ist. In einer weiteren Ausführungsform gemäß DE-OS 32 40 276 wird anstelle einer Ringdichtung eine am Ventilschaft und am Ventilgehäuse be¬ festigte Membranabdichtung verwendet. Auch diese alternative Abdichtungsmaßnahme am Ventilschaft kann in der Praxis nicht befriedigen, da insbesondere mit abnehmender Ventilbaugröße der zur Selbstzentrierung des Ventilschließgliedes erforder¬ liche Radialversatz auf die Membran nur vermindert übertra¬ gen werden kann.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein druckausge¬ glichenes, kostengünstiges Drucksteuerventil der vorgenann¬ ten Gattung zu schaffen, das bei Miniaturisierung eine rei- bungsminimierte und zugleich leckagefreie Abdichtung des Ventilschaftes gegenüber der Ventilführung im Gehäuse ge¬ währleistet, ohne die Selbstzentrierfähigkeit des Ventil¬ schaftes gegenüber dem Ventilsitz einzuschränken.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die den Patentan¬ spruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst, wonach ein am Ven¬ tilgehäuse anliegendes Dichtelement um das Maß einer zwi¬ schen dem Ventilschaft und dem Ventilgehäuse bestehende Spielpassung radial verlagerbar ist.

Eine konkretisierte, vorteilhafte Ausführungsform des erfin¬ dungsgemäßen Dichtelementes gemäß den Merkmalen des An-

spruchs 2 sieht vor, die von dem Ventilschaft und dem Füh¬ rungsabschnitt abgewandte Fläche des Dichtelementes im we¬ sentlichen mit einer konvex gewölbten Ringfläche zu verse¬ hen, die von einem Dichtungsniederhalter beaufschlagt ist. Damit ist die Voraussetzung geschaffen, eine weitgehende gleichmäßige Verteilung der Dichtkräfte über den Umfang des Dichtelementes auf die Dichtflächen einwirken zu lassen, ohne die radiale Verlagerungsmöglichkeit des Dichtelementes am planen Führungsabschnitt einzuschränken.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gemäß den Merkmalen des .Anspruchs 3 ist vorgesehen, den Dichtungsnie¬ derhalter mit einem Innenkonus zu versehen, der zugleich in der Funktion eines Federtellers eine Druckfeder aufnimmt. Durch die Kegelfläche des Dichtungsniederhaltes wird ein virtueller Außendruck auf das Dichtelement erzeugt, der das Dichtelement tendenziell auf den Ventilschaft zu drücken versucht.

Zweckmäßigerweise ist der Dichtungsniederhalter mit der Druckfeder und dem Dichtelement konzentrisch zum Ventil¬ schaft ausgerichtet, um bei Bedarf eine allseitig ungehin¬ derte freie selbstzentrierende Ausrichtung des am Ventil¬ schaft angebrachten Ventilschließgliedes gegenüber dem Ven¬ tilsitz zu gewährleisten.

Vorzugsweise kann gemäß Anspruch 5 die konvexe Außenkontur des Dichtelementes präzise des im wesentlichen dreieckförmi- gen Profilquerschnittes eines in der Gesamtheit als Kugelab¬ schnitt zu betrachtenden Dichtringform entsprechen, so daß eine allseitig gleiche Flächenpressung der druckbeaufschlag¬ ten Flächen begünstigt wird.

Um den bei Verwendung eines einzelnen Dichtelementes im Spielraum zwischen Ventilschaft und Führungsabschnitt ent¬ stehenden hydraulischen Überdruck und damit eine Rückschlag¬ ventilwirkung auszuschließen, ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgesehen, diametral zum ersten Dichtelement auf der entgegengesetzten Stirnseite des Führungsabschnittes ein spiegelsymmetrisch angeordnetes weiteres Dichtelement zu positionieren. Damit ist unabhängig von der Richtung der hy¬ draulischen Druckbeaufschlagung, d.h. unabhängig von den je¬ weils in den Druckräumen herrschenden Drücken eine drucklose .Abdichtung des zwischen dem Ventilschaft und dem Führungsab¬ schnitt bestehenden Spielraumes gewährleistet.

Der Führungsabschnitt ist in einer speziellen Ausführungs¬ form als Scheibe mit gegenüber dem Ventilgehäuse größerer Gefügehärte ausgebildet. Damit sind einerseits die erwünsch¬ ten ebenen Stirnflächen zur Realisierung der radialen Ver¬ schiebbarkeit des Dichtelementes gegeben, andererseits kann durch die entsprechend hohe Gefügehärte unter Anwendung der sogenannten "seif clinching" Befestigung eine erstaunlich sichere und dichte Verankerung des Führungsabschnittes im Ventilgehäuse hergestellt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbei- spieles näher beschrieben.

Die Figur 1 zeigt

ein in der elektromagnetisch stromlosen Grundstellung auf permanenten Druckmitteldurchlaß geschalteten, ein Ventil¬ schließglied aufnehmenden Ventilschaft 1, der die Druckmit¬ telverbindung zwischen einer Druckmittelquelle, zum Beispiel von einem Bremsdruckgeber, über einen ersten Druckmittelka-

nal 11 zum verbraucherseitigen, beispielsweise radbremssei- tig angeschlossenen zweiten Druckmittelkanal 12 steuert. Ein den ersten mit dem zweiten Druckmittelkanal 11,12 verbinden¬ der zweiter Druckraum 9 nimmt das den Ventilschaft 1 gegen¬ über dem ersten Druckraum 8 abdichtende Dichtelement 3 auf, das mittels einer im zweiten Druckraum 9 angeordneten Druck¬ feder 6 an einer Stirnfläche des Führungsteils 2 gehalten ist. Das zwischen der abgesetzen Öffnung innerhalb des Ven¬ tilgehäuses 7 und dem Magnetkern 13 mittels "self-clinching"-Anordnung gehaltene Führungsteil 2 weist eine vorzugsweise scheibenförmige Gestalt auf, dessen koaxial angeordnete Bohrung spielbehaftet vom Ventilschaft 1 durchdrungen ist. In dem zum Führungsteil 2 zugewandten Ab¬ schnitt des Magnetkerns 13 befindet sich eine Stufenbohrung zur Aufnahme einer zweiten Feder 6' , die analog zur ersten Feder 6 auf der entgegengesetzten Stirnfläche des Führungs¬ teils 2 ein Dichtelement 3' positioniert. Damit ist gewähr¬ leistet, daß trotz einer relativ großzügig dimensionierten Spielpassung zwischen dem Ventilschaft 1 und der Bohrung des Führungsteils 2 eine ausreichende Dichtwirkung zwischen dem ersten und dem zweiten Druckraum 8,9 zustande kommt. Dabei erstreckt sich der dem Magnetkern 13 zugewandte erste Druck¬ raum 8 entlang dem Ventilschaft 1 bis in den Hohlraum des Ventildoms. Über entsprechende querverlaufende Ausnehmungen 14 an der das Führungsteil 2 berührenden Stirnfläche des Magnetkerns 13, sowie über eine den ersten Druckraum 8 mit einem Bypasskanal 4 verbindende ringförmige Ausnehmung 14 innerhalb des Ventilgehäuses 7 ist ein permanenter Druckaus¬ gleich zwischen dem verbraucherseitigen ersten Druckmittel¬ kanal 11 und dem ersten Druckraum 8 gegeben. Die Dichtele¬ mente 3, 3' bestehen vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen oder einem vergleichbaren Werkstoff. Die Dichtelemente 3, 3' können sich zur Selbstzentrierung des Ventilschaftes 1 ge-

genüber dem Ventilsitz 10 in radialer Richtung verschieblich auf der Stirnfläche des Führungsteils 2 bewegen. Diese freie Beweglichkeit wird u.a. durch die Querkraft freie Richtungs- elastizität der Druckfedern 6, 6' begünstigt. Unter Einwir¬ kung des hydraulischen Drucks sind die Dichtelemente 3, 3' selbstabdichtend ausgelegt, so daß mit bereits relativ klei¬ nen Federkräften, zum Beispiel 50 Gramm bei 1,6 Millimeter Durchmesser des Ventilschaftes, eine einwandfreie hydrauli¬ sche Dichtheit sowie minimale Reibkräfte von nur etwa 100 Gramm bei einem hydraulischen Druck von 100 bar entstehen. Durch die außerordentlich kleinen Reibkräfte ergeben sich ausgesprochen gute radiale Gleitbewegungsverhältnisse der Dichtelemente 3, 3' zur Realisierung der gewünschten Selbst¬ zentrierung. Ergänzend wird darauf verwiesen, daß bei Ver¬ wendung von lediglich einem Dichtelement dieses in Abhängig¬ keit von Betrag und Richtung des hydraulischen Differenz¬ drucks die Funktion eines Rückschlagventils übernehmen kann, was bei der vorbeschriebenen Konstruktion eines druckausge¬ glichenen Elektromagnetventils jedoch nicht erwünscht ist.

Das Verfahren zur Montage des die Dichtelemente 3, 3' auf¬ nehmenden Führungsabschnittes 2, stellt eine besonders prä¬ zise Maßnahme dar, die bei gleichzeitig exakter Ausrichtung des Führungsabschnittes 2 gegenüber dem Ventilsitz 10 die Einhaltung eines relativ geringen konstruktiven Spiels zwi¬ schen dem Ventilschaft 1 und der Bohrung im Führungsab¬ schnitt 2 gewährleistet. Zwangsläufig ist hierdurch auch gleichzeitig die Voraussetzung einer möglichst exakten Aus¬ richtung der mit dem Führungsabschnitt korrespondierenden Dichtelemente gegeben.

Abschließend wird auf die Funktionsweise des in der Zeich¬ nung 1 dargestellten Elektromagnetventils verwiesen.

Die Abbildung zeigt das Elektromagnetventil in der nicht ak¬ tivierten Stellung, so daß der im zweiten Druckmittelkanal 12 anstehende Druck der Druckmittelguelle ungehindert über den zweiten Druckraum 9 in den ersten Druckmittelkanal 11 gelangen kann. Infolge der tangentialen Einmündung des als Druckausgleichsbohrung wirksamen Bypasskanals 4 in den ersten Druckmittelkanal 11 kann der zunächst von der Hilfs- druckquelle eingesteuerte Druck auch in die ringförmige Aus¬ nehmung 14 und in den ersten Druckraum 8 gelangen. Dieser Druck steht zwangsläufig auch im Hohlraum des Ventildoms an. Bei elektromagnetischer Erregung des Ventils schließt der Ventilschaft 1 den Druckmitteldurchlaß zum ersten Druckmit¬ telkanal 11, womit der augenblicklich in Richtung des Ver¬ brauchers einen geregelte Druck über den Bypasskanal 4 in den ersten Druckraum 8 zurückwirken kann. Eine Fortpflanzung des relativ hohen, von der Druckmittelquelle in den zweiten Druckraum 9 anstehenden Drucks in Richtung des ersten Druck¬ raums 8 wird infolge durch das Ventilschließglied und durch die Dichtelemente 3, 3' wirksame Sperrstellung herbeige¬ führt. Durch die Einwirkung des in dem Druckraum 8, 9 anste¬ henden Hochdrucks, werden die freien Körperflächen der Dichtelemente 3, 3' auf die Kontaktflächen des Ventilschaf¬ tes 1 und den Führungsabschnittes 2 gepresst, so daß über die konvexe Form der Dichtungsoberfläche hydraulisch selbst¬ verstärkend ein leckagefreier Verschluß des zum Zwecke der Selbstzentrierung vorgesehenen Spielraums zwischen Ventil¬ schaft 1 und Führungsabschnitt 2 erfolgt, ohne die radiale Verschiebbarkeit der Dichtelemente 3, 3' zu beeinträchtigen.

Bezugszeichenliste