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Title:
SOLENOID VALVE DESIGNED IN PARTICULAR FOR SLIP-CONTROLLED VEHICLE-BRAKE SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1992/018362
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a solenoid valve in which a volume governer (4) which determines the flow of brake fluid is inserted coaxial to the valve-closure member (2) and inside the body (3) holding the valve. The volume governer (4) is integrated in series between the first input line (1) from a brake-fluid reservoir and the valve-closure member (2), reducing valve operating noise while keeping the installation volume as small as necessary and avoiding propagation of valve noise to the whole of the system connected to the valve.

Inventors:
Volz, Peter (In den Wingerten 14, Darmstadt, D-64291, DE)
Timmermans, Marc (Kattestraat 3, Leerbeek, B-1755, BE)
Application Number:
PCT/EP1992/000308
Publication Date:
October 29, 1992
Filing Date:
February 13, 1992
Export Citation:
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Assignee:
ALFRED TEVES GMBH (Guerickestra�e 7, Frankfurt am Main 90, D-6000, DE)
ALFRED TEVES METALLWARENFABRIK GMBH & CO. OHG (Othestra�e 19, Bergneustadt, D-5275, DE)
Volz, Peter (In den Wingerten 14, Darmstadt, D-64291, DE)
Timmermans, Marc (Kattestraat 3, Leerbeek, B-1755, BE)
International Classes:
B60T8/36; B60T8/50; B60T15/02; B60T15/36; F16K31/06; (IPC1-7): B60T8/36
Foreign References:
US4844119A1989-07-04
EP0361502A21990-04-04
DE3913352A11990-10-25
Attorney, Agent or Firm:
ALFRED TEVES GMBH (Guerickestrasse 7, Frankfurt am Main 90, D-6000, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen, mit einem in einem Ventilauf¬ nahmekörper geführten und an einem Magnetanker angebrach¬ ten Ventilschließglied, das in Abhängigkeit von seiner Position eine Verbindung zwischen einem mit einer Druck¬ mittelquelle verbundenen ersten Druckmittelanschluß und einem einem Druckmittelverbraucher zugeordneten zweiten Druckmittelanschluß herstellt, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß ein wirkungsmäßig sowie baulich in Reiheschaltung zwischen dem ersten Druckmittelanschluß (1) und dem Ventilschließglied (2) in den Ventilaufnahme¬ körper (3) integrierter Mengenregler (4) in Abhängigkeit der jeweiligen Ventilschaltstellung eine Regelung des Druckmittelvolumens vollzieht, wobei der Mengenregler (4) koaxial zu einer das Ventilschließglied (2) aufnehmenden Stufenbohrung (16) angeordnet ist.
2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß der Mengenregler (4) aus ei¬ nem topfförmigen Reglergehäuse (5) gebildet ist, dessen Öffnung (6) unmittelbar einem mit dem Ventilschließglied (2) korrespondierenden Ventilsitz (7) zugewandt ist.
3. Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß in die Öffnung (6) ein im wesentlichen hülsenförmig gestalteter Reglerkolben (8) längsbeweglich eingeführt ist, der über seine Länge ei¬ nen ungedrosselten Durchströmungsquerschnitt aufweist.
4. Elektromagnetventil nach mindestens einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Reglerkolben (8) und das Reglergehäuse (5) im Endbereich der dem Ventilschließglied (2) abgewandten Mantelflächen radiale Druckmitteldurchlässe (9) aufwei¬ sen, die zur Einhaltung eines konstanten Volumenstroms miteinander korrespondierende Regelungskanten (10) auf¬ weisen.
5. Elektromagnetventil nach mindestens einem der vorherge¬ henden Ansprüche 1 bis 4 dadurch g e k e n n z e i c h ¬ n e t, daß die Öffnung des Reglerkolbens (8) im Bereich der Druckmitteldurchlässe (9) mittels eines bundförmig verlaufenden Absatzes (11) verengt ist.
6. Elektromagnetventil nach mindestens einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Absatz (11) und einem koaxial dem Reg¬ lerkolben (8) gegenüberliegenden Einsatzteil (12) eine Druckfeder (13) eingespannt ist.
7. Elektromagnetventil nach mindestens einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Einsatzteil (12) und dem Reglerkolben (8) ein axialer Abstand (s) gebildet ist, der in Hubrich¬ tung des Reglerkolbens (8) zumindest der kleinsten lich¬ ten Weite (w) der Druckmitteldurchlässe (9) entspricht.
Description:
Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Elektromagnetventile zur Steuerung und Regelung von Druckme¬ dien finden in der Industriehydraulik ein vielfältiges An¬ wendungsspektrum. Ebenso kommt der Verwendung von Elektro¬ magnetventilen für die Fahrzeugausrüstung eine besondere Stellung zu, da selbst bei außergewöhnlichen Einsatzbedin¬ gungen die Druckmittelströme mit hoher Präzision zu regeln sind.

Besonders bei der Integration von Elektromagnetventilen in¬ nerhalb des Fahrzeugbereichs sind über die eigentliche Funktionstauglichkeit hinaus zusätzliche aktive wie auch passive Maßnahmen zu berücksichtigen, die dem Komfortbestre¬ ben hinsichtlich Servicefreundlichkeit und Geräuscharmut der jeweils elektromagnetisch ventilgesteuerten Anlage dienlich sind.

Hinsichtlich der angestrebten Geräuscharmut sei beispiels¬ weise auf die gemäß der DE-OS 39 13 352 bekannte Anordnung von Druckpulsationsdämpfer innerhalb eines Ventilblocks für eine schlupfgeregelte Bremsanlage verwiesen. Diese Druckpul¬ sationsdämpfer absorbieren in Abhängigkeit ihrer elastischen

Verformungseigenschaften die von den Schaltfrequenzen der Elektromagnetventile herrührenden Schallemissionen, so daß der als störend empfundene Geräuschpegel abgesenkt werden kann. Nachteilig anzusehen ist jedoch, daß bei diesem Ver¬ fahren eine elastische Verformung des Druckpulsationsdämp- fers zwangsläufig auch zu einer unerwünschten Vergrößerung der Druckmittelvolumenaufnahme führt.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, unter Beibehaltung eines möglichst unveränderten einfachen Aufbaus der Elektro¬ magnetventile einen Lösungsweg aufzuzeigen, der den von den Schaltstellungen der Elektromagnetventile abhängige Ge¬ räuschpegel und dessen Fortpflanzung wirkungsvoll reduziert, ohne eine zusätzliche Volumenaufnahme während des Betriebs¬ einsatzes hinnehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Patentan¬ spruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Die Erfindung basiert somit auf dem Gedanken, ein im Ventil¬ aufnahmekörper integrierter volumen- bzw. druckregulierender Reglerkolben zwischen dem Druckmittelanschluß der Druckmit¬ telquelle und dem Ventilschließglied des in der Grundstel¬ lung stromlos offen geschalteten Elektromagnetventils anzu¬ ordnen, wobei die am Reglerkolben wirksame Steuerkante den Druckmittelstrom in Abhängigkeit des Kolbenhubs einstellt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen wer¬ den zweckmäßige Ausbildungen und Verbesserungen der Erfin¬ dung angegeben. Diese konstruktive Maßnahmen sowie die wei¬ teren Merkmale und Vorteile der beanspruchten Erfindung wer¬ den nachfolgend an Hand mehrerer Zeichnungen näher darge¬ stellt und erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch eine aus einem Elektro¬ magnetventil und einem Mengenregler gebildete Ven¬ tileinheit,

Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des in Figur 1 gezeig¬ ten Mengenreglers,

Figur 3 ein Meßprotokoll zur Darstellung des Volumenstroms als Funktion des Druckes,

Figur 4 ein weiteres Diagramm zur Darstellung des Pulsvolu¬ mens als Funktion der Pulslänge infolge elektro¬ magnetischer Erregung des Ventils.

Die Figur 1 zeigt

im Querschnitt das Elektromagnetventil mit dem koaxial zum Ventilstößel 13 angeordneten Mengenregler 4. Das Elektro¬ magnetventil ' weist einen in einer Ventilhülse 14 geführten Magnetanker 15 auf, an dem sich der Ventilstößel 21 in den Ventilaufnahmekörper 3 erstreckt. Auf dem dem Magnetanker 15 abgewandten Stößelende befindet sich ein kugelförmiges Ven¬ tilschließglied 2, das in der elektromagnetisch nicht erreg¬ ten Stellung am Ventilsitz 7 einen geöffneten Ringspaltquer¬ schnitt bildet. Die Ventilhülse 14 ist in ihrem offenen End¬ bereich mit einem Magnetkern 17 im Ventilaufnahmekörper 3 verstemmt. In der Zeichnung unterhalb des Ventilsitzes 7 dargestellt, befindet sich in einer Verlängerung der ventil¬ sitzaufnehmenden Stufenbohrung 16 der Mengenregler 4. Der

Mengenregler 4 weist ein topfförmiges Reglergehäuse 5 auf, dessen Mantelfläche gegenüber dem Ventilaufnahmekörper 3 von einem Ringraum 18 begrenzt ist, um eine einfache Druckmit¬ telzufuhr über den von der Druckmittelquelle - beispielswei¬ se über einen Tandemhauptzylinder oder eine Pumpe - kommen¬ den ersten Druckmittelanschluß 1 zu den die Steuerkanten 10 aufweisenden Druckmitteldurchlässe 9 zu gewährleisten. Die vorbeschriebenen Druckmitteldurchlässe 9 sind im Endbereich der topfförmig auslaufenden Umfangsfläche des Reglergehäuses 5 angeordnet. In gleicher Lage befinden sich die Druckmit¬ teldurchlässe des Reglerkolbens 8, solange dieser unter Ein¬ wirkung einer Druckfeder 13 in Anlage am topfförmigen Ab¬ schluß des Reglergehäuses 5 verharrt. Die Druckfeder 13 ist durch eine im Inneren des Reglerkolbens 8 und im Inneren des Einsatzteils 12 ausgebildeten Absatz 11 eingespannt. Wegen der koaxialen Ausrichtung des Mengenreglers 4 gegenüber dem Ventilstößel 13 bedarf es lediglich einer Verlängerung der Stufenbohrung 16, um den am Reglergehäuse 5 angebrachten Kragen bzw. Bund 19 zwischen dem als separates Teil in den Ventilaufnahmekörper 3 einzufügenden Ventilsitz 7 und der Stufenbohrung 16 einzuklemmen. Dabei erweist es sich als zweckmäßig, den Absatz 11 im Inneren des Einsatzteils 12 zu Abstützung der Druckfeder 13 zu verwenden. In der abbil¬ dungsgemäß offenen Ventilschaltstellung besteht folglich über den ersten Druckmittelanschluß 1, den Ringraum 18, die Druckmitteldurchlässe 9 und über die Bohrung im Einsatzteil 12 eine ungehinderte hydraulische Verbindung zum zweiten verbraucherseitigen Druckmittelanschluß 20.

Die Figur 2 zeigt

eine vergrößerte Ansicht des Mengenreglers 4 im Querschnitt. Wie bereits einleitend beschrieben wurde, befindet sich die Druckfeder 13 koaxial zwischen den Absätzen 11 des Regler¬ kolbens 8 und des Einsatzteils 12 eingespannt im Reglerge¬ häuse 5. Das Reglergehäuse 5 weist zur Befestigung im Ven- tilaufnahmekörper auf der geöffneten Stirnseite den eingangs erwähnten Bund 19 auf. Das Einsatzteil 12 weist einen im we¬ sentlichen buchsenförmigen und sich in Umfangsrichtung nach innen erstreckenden Absatz 11 auf. Die Druckmitteldurchlässe 9 sind symmetrisch über den Umfang des Reglergehäuses 5 und des Reglerkolbens 8 verteilt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen

Meßdiagramme zur Volumenstromregelung in Abhängigkeit vom hydraulischen Druck bzw. von der Ventilöffnungszeit.

Der Kennlinienverlauf von Figur 3 verdeutlicht entlang der Abszisse die Betriebsdrücke, während die Ordinate den Volu¬ menstrom als Funktion des entlang der Abszisse aufgetragenen Druckes zeigt. Hierbei geht aus dem Diagramm hervor, daß während der Völumenstromregelung und der folglich stattfin¬ denden Hubbewegung des Reglerkolbens bereits ab einem Druck von etwa 30 bar der gewünschte Volumenstrom von ca. 20 ccm/sek. nahezu konstant und damit unabhängig von etwaigen Druckveränderungen eingehalten werden kann.

Das Diagramm gemäß Figur 4 zeigt auf der Ordinate aufgetra¬ gen das Pulsvolumen als Funktion der auf der Abszisse aufge¬ tragenen Pulslänge des Elektromagnetventils.Die zugehörigen

Kennlinien stellen unterschiedliche Betriebsdrücke (70, 90, 100 bar ) dar. Hierbei zeigt sich, daß unter Betrachtung gleicher Pulslängen ein nahezu von differierenden Betriebs¬ drücken unabhängiges konstantes Pulsvolumen einregulierbar ist, so daß die hohen Anforderungen an den Mengenregler hin¬ sichtlich der Regelgüte uneingeschränkt erfüllt werden.

Funktionsweise:

Nachfolgend wird unter Bezug auf die zuvor erläuterten Ab¬ bildungen die Wirkungsweise des Mengenreglers in Abhängig¬ keit der jeweiligen Ventilschaltstellung beschrieben.

In der offenen Ventilschaltstellung besteht eine ungeregelte Druckmittelverbindung von der Druckmittelquelle, beispiels¬ weise von einem Bremsdruckgeber, in den Ringraum 18 des Ven¬ tilaufnahmekörpers 3, so daß bei relativ geringem Druck und Volumenstrom die Druckmitteldurchlässe 9 vollständig geöff¬ net das Druckmittel ungehindert zur Öffnung des Einsatztei- les 12 und damit über den geöffneten Ventilsitz 7 zum zwei¬ ten Druckmittelanschluß 19 gelangen lassen, um den Druckmit¬ telverbraucher, beispielsweise eine Radbremse, zu beauf¬ schlagen. Nach Bernoulli entsteht dabei jedoch innerhalb des Reglerkolbens 8 bei Zunahme der Dynamik der Flüssigkeits¬ säule in Strömungsrichtung ein Druckgefälle, das vom Betrag her größer ist, als der auf den Reglerkolben 8 gerichtete Anpreßdruck der Druckfeder 13. Zwangsläufig vollzieht der Reglerkolben 8 infolge der Sogwirkung eine der Druckfeder 13 entgegengerichtete Hubbewegung, die zumindest zur teilweisen Überdeckung der Druckmitteldurchlässe 9 und damit zur Rege¬ lung des Volumenstroms während der elektromagnetisch erreg¬ ten offenen Ventilschaltstellung führt.

Sobald das Ventilschließglied 2 die Druckmittelverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Druckmittelanschluß (1,20) mangels Stromerregung des Elektromagnetventils unter¬ bricht, gelangt infolge des Druckausgleichs innerhalb des Reglerkolbens 8 dieser unter Einwirkung der Druckfeder 13 in Anlage an den topfförmigen Stirnbereich des Reglergehäuses 5. Hierbei gibt der Durchlaß 9 bis zum erneuten Einsetzen eines elektrischen Ventilschaltimpulses den maximalen Durch¬ laßquerschnitt frei.

Zusammenfassend wird darauf verwiesen, daß in Bezugnahme auf die eingangs erwähnte Geräuschdämpfungsmaßnahme der bean¬ spruchte Mengenregler sich nicht nur durch die Eliminierung der Ventilschaltgeräusche auszeichnet, sondern auch einen im Gegensatz zu den gebräuchlichen Mengenreglern kleinen und insbesondere bei Verwendung von Kunststoffteilen einen mas¬ sereduzierten Aufbau aufweist, da im besonderen auch inner¬ halb des Reglerkolbens auf das Erfordernis der bei Volumen¬ stromreglern üblicherweise gebräuchlichen Festblenden ver¬ zichtet werden kann. Damit sind bei minimaler Trägheit des Reglerkolbens die Voraussetzungen für einen möglichst ver¬ lustfreien Strömungsdurchsatz und die Voraussetzung für eine entsprechende Regelschnelligkeit geschaffen, ohne dabei ma߬ gebliche Veränderungen am Elektromagnetventil vornehmen zu müssen. Zwangsläufig folgt daraus für das Gesamtsystem eine gravierende Verbesserung der Regelgüte, unabhängig von der jeweiligen angeschlossenen hydraulischen Anlage. Darüber hinaus lassen sich erhebliche Einsparungen hinsichtlich der Auslegung der die Elektromagnetventile schaltenden Leistungselektronik erzielen.

Bezugszeichenliste i

1 erster Druckmittelanschluß

2 Ventilschließglied

3 Ventilaufnahmekörper Mengenregler Reglergehäuse Öffnung Ventilsitz Reglerkolben Druckmitteldurchlaß 0 Regelungskante 1 Absatz 2 Einsatzteil 3 Druckfeder 4 Ventilhülse 5 Magnetanker 6 Stufenbohrung 7 Magnetkern 8 Ringraum 9 Bund 0 zweiter Druckmittelanschluß 1 Ventilstößel