Titel

VENTILEINRICHTUNG ZUR DROSSELUNG EINER DRUCKMITTELSTRÖMUNG,

SOWIE DÄMPFUNGSEINRICHTUNG ZUR DÄMPFUNG VON DRUCKPULSATIONEN

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Dämpfungseinrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9.

Technischer Hintergrund:

Heutige schlupfregelbare Fahrzeugbremsanlagen bieten Zusatzfunktionen, die den Fahrer zum Beispiel bei der Einhaltung des Abstands zu einem vorausfahrenden

Fahrzeug unterstützen. Dies geschieht durch ein aktives Eingreifen des

Bremssystems, indem dieses einen Bremsdruck an den Radbremsen aufbaut, ohne dass der Fahrer selbst das Bremspedal betätigt. Damit der Fahrer dabei keine störenden Geräusche wahrnimmt, werden Dämpfungseinrichtungen eingesetzt, welche Druckpulsationen mindern, die von den Druckerzeugern des Bremssystems verursacht werden.

Diese Dämpfungseinrichtungen setzen sich aus einem hydraulischen Widerstand und einer hydraulischen Kapazität zusammen, welche stromaufwärts des hydraulischen Widerstands in den Hydraulikkreis geschalten ist. Für die Wirksamkeit der

Dämpfungseinrichtung ist eine hohe Drosselwirkung des hydraulischen Widerstands notwendig. Allerdings hat ein hoher hydraulischer Widerstand den Nachteil, dass er einen großen Druckabfall bewirkt. Dadurch steigt die Last auf den Antrieb der beteiligten Druckerzeuger und deren Förderleistung sinkt. Letztlich verschlechtert sich dadurch die Druckaufbaudynamik des Bremssystems.

Als Gegenmaßnahme ist es bekannt hydraulische Widerstände mit durchflussabhängig verstellbaren Drosselquerschnitten einzusetzen. Große Volumenströme vergrößern den Drosselquerschnitt solcher Widerstände und reduzieren den Druckabfall. Derartige hydraulische Widerstände lassen sich z.B. als Ventileinrichtungen darstellen, deren Ventilglied einen vom Durchfluss bzw. von den vorliegenden Druckverhältnissen abhängigen Hub ausführen.

Stand der Technik

Aus der DE 40 28 941 AI ist eine Ventileinrichtung bekannt, die als Auslassventil bei einer Hubkolbenpumpe eines Fahrzeugbremssystems eingesetzt ist und die einen Ventilkörper (Pumpenzylinder) mit einem daran ausgebildeten Drosselquerschnitt sowie ein den Drosselquerschnitt regelndes Ventilglied umfasst. Das Ventilglied wird von einer Rückstellfeder gegen einen den Drosselquerschnitt umgebenden Ventilsitz gepresst und verschließt diesen, sofern die mechanische Kraft der Rückstellfeder auf das Ventilglied größer ist, als die öffnend wirkenden hydraulischen Kräfte aus der Druckmittelförderung. Bei Hydraulikkräften, die höher sind als die mechanischen Rückstellkräfte, führt das Ventilglied einen von der Kraftdifferenz abhängigen Hub aus, hebt vom Ventilsitz ab und gibt einen Steuerquerschnitt frei, durch welchen hindurch Druckmittel am Ventilglied vorbei zu einem Abfluss der Ventileinrichtung abfließt.

In Durchströmungsrichtung der bekannten Ventileinrichtung betrachtet, ist dieser Abfluss seitlich am Ventilkörper angeordnet, so dass das abströmende Druckmittel im Ventilkörper umgelenkt wird. Aufgrund dieser Umlenkung des Druckmittels wirken auf das Ventilglied strömungsbedingte Radial- bzw. Querkräfte ein. Die

Öffnungsbewegung des Ventilglieds gleicht folglich einer Kippbewegung, wobei sich das Ventilglied weg von der Mündung des Abfluss in den Ventilkörpers bewegt und sich ggf. an dem, dem Abfluss gegenüberliegenden Bereich der Wandung des

Ventilkörpers anlegt. Die Querkräfte auf das Ventilglied verhindern, dass ausschließlich zentrierende Kräfte auf das Ventilglied einwirken, durch welche das Ventilglied zu Geräusch erzeugenden Axialschwingungen angeregt wird. Nachteilig ist, dass eine Ventileinrichtung mit seitlich angeordnetem Abfluss aufwändiger in der Herstellung ist und aufgrund der Druckmittelumlenkung

empfindlicher auf Schwankungen der Viskosität des Druckmittels reagiert und damit breiter streuende Drosseleigenschaften aufweist als Ventileinrichtungen, bei denen sich Zulauf und Ablauf axial gegenüberliegen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine weiter geräuschverbesserte Ventileinrichtung bzw. eine Dämpfungseinrichtung anzugeben, die zudem hinsichtlich ihres Herstellungsaufwands und ihrer Drosseleigenschaften weiter verbessert ist.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Ventileinrichtung ist axial von Druckmittel durchströmbar und weist eine verbesserte Drosselwirkung auf, indem sich mit einem zunehmendem Volumenstrom durch die Ventileinrichtung der Druckabfall am Ventilsitz und folglich die Belastung des Antriebsmotors der Druckerzeuger einer

schlupfregelbaren Hydraulikbremsanlage eines Kraftfahrzeugs reduziert. Dadurch sind die Drosseleigenschaften einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung weniger von Schwankungen der Viskosität des Druckmittels abhängig und erlauben somit eine über die Betriebsbedingungen exaktere Regelung des Bremsdrucks einer

Fahrzeugbremsanlage. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen erfordern keine zusätzlichen Bauteile, sind damit hinsichtlich des Montageaufwands der

Ventileinrichtung kostenneutral umsetzbar und erlauben zudem eine einfachere Anpassung der Drosseleigenschaften der Ventileinrichtung an den jeweiligen

Einsatzfall, beispielsweise durch einen einfach durchführbaren Austausch des

Ventilglieds.

Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Unteransprüchen und / oder aus der nachfolgenden Beschreibung. Die abhängigen Unteransprüche betreffen Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung, die fertigungstechnisch besonders einfach und kostengünstig an ohnehin vorhandenen Bauteilen einer Ventileinrichtung umsetzbar sind.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung detailliert erläutert.

Es zeigen:

Figur 1: die schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer der Erfindung zugrundeliegenden Ventileinrichtung im Längsschnitt;

Figur 2: ein zweites Beispiel einer weitergebildeten erfindungsgemäßen

Ventileinrichtung, ebenfalls im Längsschnitt;

Figur 3: den Querschnitt eines Details entlang der Schnittlinie III-III nach Figur 2;

Figur 4: ein Diagramm von Drosselkennlinien einer erfindungsgemäßen

Ventileinrichtung nach Figur 1 und nach Figur 2 im Vergleich und

Fugur 5: den schematischen Aufbau einer Dämpfungseinrichtung anhand von

Schaltsymbolen.

Offenbarung der Erfindung

Die in der Figur 1 dargestellte Ventileinrichtung 10 besteht aus einem Ventilkörper 12 mit einer daran ausgebildeten Ventilbohrung 14 und einem Ventilglied 16, welches in dieser Ventilbohrung 14 axial verschiebbar aufgenommen ist. Die Ventilbohrung 14 ist in ihrem Innendurchmesser einmal nach innen abgesetzt und bildet einen Ventilsitz 18 aus, welcher einen Drosselquerschnitt 20 umschließt. Dieser Ventilsitz 18 ist beispielhaft als Innenkonus ausgeformt, könnte gleichfalls aber auch rechtwinklig oder abgerundet ausgeführt sein.

Wie anhand der eingezeichneten Strömungspfeile S veranschaulicht ist, strömt das Druckmittel gemäß der Darstellung in Figur 1 von unten nach oben durch den

Drosselquerschnitt 20 hindurch. Demnach ist das Ventilglied 16 stromabwärts des Drosselquerschnitts 20 in der Ventilbohrung 14 angeordnet.

Im dargestellten, durchströmten Zustand der Ventileinrichtung 10 ist das Ventilglied 16 vom Drosselquerschnitt 20 abgehoben, so dass das Ventilglied 16 vom Druckmittel vollumfänglich umströmt wird. Ein Ablauf der Ventileinrichtung 10 ist nicht

eingezeichnet, es ist jedoch davon auszugehen, dass ein solcher vorgesehen und bevorzugt koaxial zu einer Längsachse L der Ventilbohrung 14 angeordnet ist.

Ebenfalls nicht dargestellt ist ein elastisches Rückstellelement, welches das Ventilglied 16 mit einer, den hydraulischen Strömungskräften entgegen wirkenden, mechanischen Rückstellkraft beaufschlagt. Der vom Ventilglied 16 absolvierte Hub hängt somit von Druckverhältnissen bzw. dem pro Zeiteinheit durch den Drosselquerschnitt 20 hindurch strömenden Druckmittelvolumen ab.

Im gesperrten Zustand der Ventileinrichtung 10 liegt das Ventilglied 16 auf dem Ventilsitz 18 auf und sperrt den Drosselquerschnitt 20 ab.

Das Ventilglied 16 ist dazu in mehrere Abschnitte gegliedert. Ein erster Abschnitt 16a ist dem Ventilsitz 18 zugewandt und ist von einem zapfenförmigen Fortsatz gebildet, dessen sphärisch gekrümmtes Ende mit dem Ventilsitz zusammenwirkt. Im Bereich dieses Fortsatzes hat das Ventilglied 16 seinen insgesamt kleinsten Außendurchmesser.

An den ersten Abschnitt 16a schließt sich in Durchströmungsrichtung der

Ventileinrichtung 10 ein konisch ausgebildeter Übergangsabschnitt 16b des

Ventilglieds 16 an. Letzterer geht in einen dritten, zylindrisch geformten Abschnitt 16c über, an dem das Ventilglied 16 seinen maximalen Außendurchmesser aufweist. Mit dem zylindrischen Abschnitt 16c ist das Ventilglied 16

axialbeweglich in der Ventilbohrung 14 geführt, wobei zwischen dem zylindrischen Abschnitt 16c und der Wandung der Ventilbohrung 14 ein Spalt verbleibt, durch den Druckmittel bei geöffnetem Ventilsitz 18 am Ventilglied 16 vorbei strömt.

Erfindungsgemäß ist das Ventilglied 16 mit Strömungslenkenden Mitteln 22; 24 versehen. Diese Strömungslenkenden Mittel 22; 24 sind asymmetrisch über den Umfang des Ventilglieds 16 verteilt angeordnet, wodurch das Ventilglied 16 selbst einen asymmetrischen Querschnitt aufweist. Die Strömungslenkenden Mittel 22; 24 sind in Gestalt von Ausnehmungen und/oder Vorsprüngen ausgeführt und bevorzugt einteilig mit dem Ventilglied 16 ausgebildet. Die Ausnehmungen sind beispielsweise kostengünstig als Nuten 22 ausgeführt, welche am Umfang des zylindrischen

Abschnitts 16c des Ventilglieds 16 ausgebildet sind.

Sämtliche Strömungslenkenden Mittel 22; 24 sind nur über einen begrenzten

Umfangsabschnitt des Ventilglieds 16 verteilt angeordnet. Sie erstrecken sich axial, das heißt in Durchströmungsrichtung der Ventileinrichtung 10. Das Druckmittel strömt somit durch die Nuten 22 hindurch am Ventilglied 16 vorbei.

Zusätzlich zu dem mit Strömungslenkenden Mitteln 22; 24 versehenen

Umfangsabschnitt ist am Ventilglied 16 wenigstens ein zweiter Umfangsabschnitt vorgesehen, an dem keine derartigen Strömungslenkenden Mittel 22; 24 ausgebildet sind. Die beiden Umfangsabschnitte können gleich oder unterschiedlich große Anteile am Gesamtumfang des Ventilglieds 16 einnehmen.

Querschnittsform und/oder Anzahl der ausgebildeten Nuten 22 sind

anwendungsspezifisch wählbar. Beispielsweise können die Nuten 22 mit

Rechteckquerschnitt oder mit rinnenförmig ausgerundetem Querschnitt oder als Kerben ausgeführt sein. Die Tiefe der Nuten 22 ist ebenfals flexibel festlegbar. Zur Herstellung der Nuten 22 können spanabhebende oder spanlose bzw. umformende Herstellverfahren gleichermaßen eingesetzt werden.

Aufgrund der Nuten 22 übt der erste Umfangsabschnitt des Ventilglieds 16 auf die Druckmittelströmung im zugeordneten Spaltabschnitt zwischen dem Außenumfang des Ventilglieds 16 und dem Innenumfang der Ventilbohrung 14 eine geringere Drosselwirkung aus, als der zweite Umfangsabschnitt, der ohne strömungslenkende Mittel 22; 24 ausgeführt ist. In der Folge durchströmt das Druckmittel den ersten Umfangsabschnitt ungehinderter und damit mit einer höheren

Strömungsgeschwindigkeit als den zweiten Umfangsabschnitt. Dies ist in Figur 1 anhand der in diesem ersten Umfangsabschnitt dichter gedrängten Strömungspfeile S erkennbar. Da eine höhere Strömungsgeschwindigkeit mit einem geringeren

Druckabfall einhergeht, bewirkt die demgegenüber stärker gedrosselte Strömung im Bereich des zweiten Umfangsabschnitts des Ventilglieds 16 ein höheres Druckniveau im entsprechenden Spaltabschnitt und daraus resultierend eine in Richtung des ersten Umfangsabschnitts wirkende Querkraft Q auf das Ventilglied 16. Der vom höheren Druckniveau beaufschlagte Bereich des Ventilglieds 16 ist in der Figur schraffiert angedeutet. Der Betrag der bewirkten Querkraft Q auf das Ventilglied 16 ist von der Viskosität des Druckmittels und dem Volumenstrom, das heißt der strömenden Druckmittelmenge pro Zeiteinheit abhängig. Mit steigender Viskosität bzw.

zunehmenden Volumenstrom steigt auch der Betrag der Querkraft Q und entsprechend umgekehrt. Je größer die auf das Ventilglied 16 einwirkende Querkraft Q ist, desto geringer ist die Gefahr, dass das Ventilglied 16 von zentrierenden bzw. in

Durchströmungsrichtung der Ventileinrichtung 10 wirkenden Axialkräften zu

Schwingungen angeregt wird, welche letztlich für eine Geräuschentwicklung verantwortlich sind. Generell hat eine hohe Querkraft Q auf das Ventilglied 16 demnach eine geräuschsenkende Wirkung.

Um ein durch die Druckunterschiede entlang des Umfangs des Ventilglieds 16 bedingtes Ausweichen der Strömung hin zum Umfangsabschnitt mit geringerem Strömungswiderstand (erster Umfangsabschnitt) einzuschränken, ist das Ventilglied 16 gemäß Figur 2 mit wenigstens einem weiteren Strömungslenkenden Mittel in Gestalt eines flügeiförmigen Vorsprungs 24 versehen. Dieser flügeiförmige Vorsprung 24 ist am konisch geformten Übergangsabschnitt 16b des Ventilglieds 16 angeordnet, erstreckt sich in Durchströmungsrichtung der Ventileinrichtung 10 und schließt umfangseitig bündig mit dem Außendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 16c des Ventilglieds 16 ab.

Wie anhand von Figur 3 ersichtlich, ist der flügeiförmige Vorsprung 24 mit seiner Außenkontur an die Innenkontur der Ventilbohrung 14 im Bereich des Übergangs der Ventilbohrung 14 zum Drosselquerschnitt 20 angepasst. Im vorliegenden Fall weist der flügeiförmige Vorsprung 24 zwei gerade Außenflanken auf, die miteinander einen rechten Winkel einschließen. In Umfangsrichtung des Ventilglieds 16 betrachtet, befindet sich der flügeiförmige Vorsprung 24 an einem Übergangsbereich des mit Nuten 22 versehenen ersten Umfangsabschnitts des Ventilglieds 16 zum

strömungslenkmittelfreien zweiten Umfangsabschnitt.

Der flügeiförmige Vorsprung 24 trägt dazu bei, den Volumenstrom entlang des

Ventilglieds 16 zu vergleichmäßigen, indem er eine Querströmung innerhalb der Ventileinrichtung 10 behindert, durch welche Druckmittel vom zweiten, von

strömungslenkenden Mitteln 22; 24 freien Umfangsabschnitt zum ersten, mit strömungslenkenden Mittel 22; 24 behafteten Umfangsabschnitt aufgrund des dort vorherrschenden geringeren Druckniveaus überströmt. Anders ausgedrückt, drosselt der flügeiförmige Vorsprung 24 einen Druckausgleich zwischen den verschiedenen Umfangsabschnitten des Ventilglieds 16 und vergrößert im Vergleich zu einem konventionellen Ventilglied 16, das ohne derartige strömungslenkende Mittel 22; 24 auskommt, die sich einstellende Druckdifferenz. Letztlich resultiert dies in einer größeren, das Ventilglied 16 beaufschlagenden Querkraft Q. Die mit dem höheren Druckniveau beaufschlagte schraffierte Fläche des Ventilglieds 16 ist größer als bei Figur 1.

Darüber hinaus ist die sich einstellende Querkraft Q auf das Ventilglied 16 durch die Wahl der Breite bzw. Dicke des flügeiförmigen Vorsprungs 24 beeinflussbar. Mit zunehmender Dicke erhöht sich deren Drosselwirkung auf den vom zweiten zum ersten Umfangsabschnitt übertretenden Druckmittelstrom. Weniger Druckmittelübertritt wirkt sich demnach druckerhöhend im zweiten, von strömungslenkenden Mittel 22; 24 freien Umfangsabschnitt des Ventilglieds 16 aus bzw. vergrößert die Druckdifferenz zwischen den verschiedenen Umfangsabschnitten des Ventilglieds 16. Hinzuweisen ist ferner auf den Einfluss der strömungslenkenden Mittel 22; 24 auf den

Ventilhub. Aufgrund ihrer drosselnden Wirkungen und dem dadurch insgesamt höheren Druckniveau im Spalt um das Ventilglied 16, erhöht sich auch die öffnend wirkende Axialkraft auf das Ventilglied 16. Dies bedeutet, dass ein mit

strömungslenkenden Mitteln 22; 24 versehenes Ventilglied 16 gegenüber einem konventionellen Ventilglied 16, bei gleich großem Volumenstrom durch den

Drosselquerschnitt 20, einen relativ größeren Ventilhub ausführt. Die Entfernung des Ventilglieds 16 zum Ventilsitz 18 nimmt also zu und der sich am Ventilsitz 18 auftretende Druckabfall fällt geringer aus. Letzteres wiederum wirkt sich positiv auf die Druckaufbaudynamik einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 10 aus, indem diese schneller auf Druckänderungen zu reagieren vermag.

Figur 4 zeigt die jeweiligen Drosselkennlinien einer Ventileinrichtung 10, die entweder mit einem Ventilglied 16 nach Figur 1 oder mit einem Ventilglied 16 nach Figur 2 ausgestattet ist, im unmittelbaren Vergleich.

Im dargestellten Diagramm ist der Druckmitteldruckmitteldurchsatz V pro Zeiteinheit auf der Vertikalachse 40 aufgetragen und eine zwischen einem Zulauf und einem Ablauf der Ventileinrichtung 10 messbare Druckdifferenz auf der Horizontalachse 42. Die durchgezogene Drosselkennlinie 44 ist einer Ventileinrichtung 10 zugeordnet, die mit einem nach Figur 1 ausgestalteten Ventilglied 16 ausgestattet ist, das heißt einem Ventilglied 16, das strömungslenkende Mitte 22; 24 lediglich in Gestalt von Nuten 22, also keinen flügeiförmigen Vorsprung 24 aufweist. Die gestrichelt eingezeichnete Drosselkennlinie 46 ist demgegenüber mit einem Ventilglied 16 aufgenommen, das druckmittelführende Nuten 22 in Kombination mit wenigstens einem flügeiförmigen Vorsprung 24 aufweist, das also gemäß Figur 2 ausgebildet ist. Die Drosselkennlinie 44 des Ventilglieds 16 nach Figur 1 verläuft erkennbar flacher als diejenige des Ventilglieds 16 nach Figur 2. Dies bedeutet, dass das Ventilglied 16 nach Figur 1 bei einem vorgegebenen Druckmitteldurchsatz VI eine relativ höhere Druckdifferenz Δρι bewirkt als das Ventilglied 16 nach Figur 2; Δρ2. Daraus folgt, dass das Ventilglied 16 nach Figur 1 auf die Druckmittelströmung eine stärkere drosselnde Wirkung ausübt, als das Ventilglied 16 nach Figur 2. Für eine möglichst hohe Druckstelldynamik ist deshalb der Einsatz eines gemäß Figur 2 ausgebildeten Ventilglieds 16 zu empfehlen.

Figur 5 zeigt schließlich den prinzipiellen Aufbau einer Dämpfungseinrichtung 50, insbesondere zur Dämpfung von Druckpulsationen in einem Bremskreis einer schlupfregelbaren Hydraulikbremsanlage eines Kraftfahrzeugs, anhand von

Schaltsymbolen. Die Dämpfungseinrichtung 50 ist an einen Druckanschluss einer den Bremskreis mit Bremsdruck versorgenden Kolbenpumpe 52 angeschlossen und umfasst eine wie oben beschrieben ausgebildete Ventileinrichtung 10 und einen stromaufwärts dieser Ventileinrichtung 10 angeordneten Druckmittelspeicher 54. Der Druckmittelspeicher 54 hat ein veränderliches Druckmittelspeichervolumen und weist dazu in seinem Inneren ein elastisches und/oder ein von einer Speicherfeder beaufschlagtes Trennelement auf. Dieses teilt den Innenraum in eine mit Druckmittel befüllte Druckmittelkammer und in eine mit Gas befüllte Speicherkammer. Diese die Speicherkammer kann mit der Atmosphäre verbunden sein. Die Ventileinrichtung 10 drosselt den Druckmittelabfluss aus der Druckmittelkammer des Druckmittelspeichers 54 in einen Druckmittel führenden Kanal 56 eines nicht weiter dargestellten

Bremskreises einer Fahrzeugbremsanlage. Die Ventileinrichtung 10 ist aufgebaut, wie in Zusammenhang mit der Beschreibung der Figuren 1 bis 4 beschrieben und wird von dem im Kanal 56 vorherrschenden Druckniveau gesteuert bzw. hat eine

druckabhängige Drosselwirkung. Aufgrund der zuvor beschriebenen Maßnahmen an dem in Figur 5 nicht erkennbaren Ventilglied der Ventileinrichtung 10 arbeitet die Dämpfungseinrichtung 50 besonders geräuscharm und erzeugt dabei kein im

Fahrzeuginneraum eines Kraftfahrzeugs wahrnehmbares Betriebsgeräusch.

Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen gegenüber dem erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung denkbar, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.