DE69102726T2 - Elektrisch betätigte Druckregeleinrichtung für Hydraulikschaltung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein elektrisch gesteuertes Druckregelsystem für einen Hydraulikkreis.
• Sie ist insbesondere für Bremssysteme von Kraftfahrzeugen mit einem beim Bremsen der Räder wirkenden Antiblockiersystem geeignet. Die gegenwärtigen Antiblockiersysteme verwenden zwischen einem Druckfluidgenerator und einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung ein Elektroventil, das von einem Rechner in Abhängigkeit von Signalen gesteuert wird, die die Drehung der Kraftfahrzeugräder darstellen, um allgemein ausgedrückt den Fluiddruck in der hydraulischen Betätigungsvorrichtung zu vermindern, wenn der Rechner das bevorstehende Blockieren eines Rades erkennt, und dann eine zweite Druckfluidquelle anzuschließen, um den Druck wieder zu erhöhen, bis ein erneut bevorstehendes Blockieren erfaßt wird, worauf dieser Zyklus erneut beginnt.
• Das verwendete Elektroventil ist ein Elektroventil mit einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung. Nun dauern aber die Antiblockierperioden oder die Zeitabläufe, in denen die oben genannten Zyklen ablaufen, eine gewisse Zeit, während der das Elektroventil innerhalb einer sehr kurzen Zeit sehr oft seinen Zustand ändert. Dies erzeugt einen unangenehmen Lärm aufgrund des Hinund Herbewegens des beweglichen Teils des Elektroventils.
• Da außerdem das System mit einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung arbeitet, treten in den Bremsen Druckstöße auf, die schlecht steuerbare Übergangsgebiete erzeugen.
• Die vorliegende Effindung hat zur Aufgabe, diese Nachteile durch Verwendung eines Proportional-Elektroventils zu vermeiden, das im Arbeitskreis einen Hydraulikdruck gewährleistet, der in einem bestimmten Bereich der Verstellung des Magnetkerns des Elektroventils von dem durch die Spule des Elektroventils fließenden Strom abhängt.
• Ein solches Elektroventil besitzt den Vorteil, duß es durch einfaches Verändern des Stroms durch die Spule gesteuert werden kann, ohne daß ein Hin- und Herbewegen notwendig ist; daraus folgt eine starke Verminderung von Druckstößen in den Bremsen. Außerdem kann ein solches Elektroventil in einfacher Weise von einem Rechner gesteuert werden, der ein frequenzvariables Zerhacken eines Gleichstroms, wie man ihn an Bord eines Kraftfahrzeugs findet, oder ein frequenzfestes Zerhacken mit einem variablen Zyklusverhältnis gewährleistet, wobei dann die Intensität des von der Spule integrierten Stroms eine Funktion des Zyklusverhältnisses ist.
• Ein solches Elektroventil ist z. B. in der US-A-4 744 389 beschrieben. Das in diesem Dokument beschriebene Elektroventil kann jedoch nicht in einem Antiblockier-Hydraulikbremskreis für die Räder aufgrund der insbesondere bei der Erregung des Elektroventils verwendeten Drücke angeordnet werden. Das Elektroventil dieses Dokuments ist nämlich dazu vorgesehen, permanent in einem Regelsystem mit einem relativ geringen Druck zu arbeiten. Die von der verwendeten Rückstellfeder erzeugte Kraft wirkt nämlich direkt der auf den Schieber aufgebrachten hydraulischen Reaktionskraft entgegen. Diese physische Beschränkung verhindert die Verwendung dieses Elektroventils bei den hohen Drücken in der hydraulischen Betätigungsvorrichtung.
• Aufgabe der vorliegende Erfindung ist daher ein Druckregelsystem für einen Hydraulikkreis mit wenigstens einem Druckfluidgenerator, einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung und einem Niederdruckfluidvorratsbehälter sowie einem von einem Rechner gesteuerten Elektroventil, das eine elektrische Spule und einen verschiebbaren Magnetkern enthält, der einen Schieber steuert, der in einer in einem Gehäuse vorgesehenen Bohrung gleitet, wobei der Schieber zwei Kammern abgrenzt, die in der Bohrung auf der einen und auf der anderen Seite des Schiebers angeordnet sind.
• Gemäß der Erfindung enthält der Schieber einen Hydraulikraum, der eine Reaktionskraft bestimmt, die der von der Spule erzeugten Kraft entgegenwirkt, wobei der Raum mit einer der Kammern verbunden ist, solange das Elektroventil nicht erregt ist, während er nach der Erregung mit der hydraulischen Betätigungsvorrichtung verbunden ist, wobei ein Federmittel den Schieber und den Kern in die Ruhestellung zurückstellt.
• Vorzugsweise ist der Raum durch eine im Schieber ausgebildete Blindbohrung gebildet, wobei eine sich an dem Gehäuse abstützende Nadel den Raum in im wesentlichen dichter Weise abschließt, wahrend eine radiale Bohrung ihn mit einer am Umfang des Schiebers vorgesehenen Nut verbindet.
• Die Erfindung wird besser verstanden und ihre weiteren Ziele, Vorteile und Merkmale ergeben sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung einer beispielhaft und nicht einschränkend gegebenen, bevorzugten Ausführungsform, der zwei Zeichnungsblätter beigefügt sind. Darin zeigen:
• - Figur 1 schematisch im Schnitt eine Ausführungsform eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung in der Ruhestellung,
• - Figur 2 schematisch im Teilschnitt den Schieber des Elektroventils gemäß einer weiteren Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
• Es ist bekannt, daß die Spule von Proportional-Elektroventilen das wesentliche Merkmal besitzt, daß sie bei einem bestimmten Strom in einem nicht vernachlässigbaren Bereich der Verschiebung des Magnetkerns in der Größenordnung von 2 bis 3 mm eine im wesentlichen konstante Kraft bereitstellen können. Dieses Merkmal wird allgemein aufgrund einer speziellen Geometrie der Polstücke erhalten. Dieses Merkmal wird in der vorliegenden Erfindung zur Gewährleistung der benötigten Funktion durch das Modulieren des durch die Spule fließenden Stroms verwendet, um einen Betrieb mit einem sich sehr schnell hin- und herverstellenden beweglichen Teil zu vermeiden.
• Man erkennt in Figur 1 ein solches Elektroventil, das eine Erregungsspule 1 enthält und einen verschiebbaren Magnetkern 3, der mit einem Stößel 5 versehen ist, der sich an einem in einer Bohrung des Gehäuses 9 gleitenden Schieber 7 abstützt. Der Schieber 7 wird durch eine Feder 13 in die Ruhestellung zurückgestellt.
• Der Schieber 7 ist so hergestellt, daß er eine Verbindung zwischen einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung 20, einer Druckfluidquelle 22 und einem Vorratsbehälter 24 in Übereinstimmung mit allgemein verwendeten Hydraulikdruckregelsystemen öffnen oder schließen kann. Dazu sind am Umfang des Schiebers 9 zwei voneinander beabstandete Nuten 30 und 32 vorgesehen.
• Die beiden in der Bohrung auf der einen und auf der anderen Seite des Schiebers 7 angeordneten Kammern 11 und 15 sind dem gleichen Druck ausgesetzt. Ein durch eine im Schieber 7 ausgebildete Blindbohrung gebildeter Raum 26 bestimmt die Reaktionskraft, die der von der Spule 1 erzeugten Kraft entgegenwirkt. Dieser Raum 26 ist von einer sich am Gehäuse 9 der Baugruppe abstützenden Nadel 28 in im wesentlichen dichter Weise abgeschlossen und steht über eine radiale Bohrung 34 mit der Nut 30 in Verbindung.
• In der dargestellten Ruhestellung steht die Druckfluidquelle 22 über die Nut 32 mit der hydraulischen Betätigungsvorrichtung 20 in Verbindung, während der Raum 26 mit dem Vorratsbehälter 24 und den beiden Endkammern 11 und 15 in Verbindung steht. Der Schieber 7 ist nur der von der Feder 13 erzeugten Kraft ausgesetzt.
• Wenn das Elektroventil erregt ist, z. B. im bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung in einer Antiblockierperiode der Räder, erzeugt der durch die Spule fließende Strom eine Kraft, die unabhängig von dem im Hydraulikkreis herrschenden Druck zuerst nur der Kraft der Feder 13 entgegenwirkt. Dies ermöglicht insbesondere, daß das Elektroventil keinen wesentlichen Stromverbrauch hat. Die folgende Verstellung des Schiebers 7 unterbricht zuerst jede Verbindung zwischen der Quelle 22 und der Betätigungsvorrichtung 20, da die Nut 32 nicht mehr gegenüber der Zufuhrleitung 10 für Druckfluid liegt, sie jedoch gegenüber der Fluidausgangsleitung 44 zur hydraulischen Betätigungsvorrichtung 20 verbleibt. Während dieser Zeit bleibt der Raum 26 über die Nut 30 mit dem Vorratsbehälter 24 verbunden. Die einzige der Verstellung des Schiebers 7 entgegenwirkende Kraft bleibt die von der Feder 13 erzeugte Kraft.
• Der sich erhöhende Strom durch die Spule 1 bewirkt eine weitere Verstellung des Schiebers 7 entgegen der Feder 13. Diese Verstellung bringt zuerst die Nut 30 gegenüber der mit der hydraulischen Betätigungsvorrichtung 20 in Verbindung stehenden Leitung 44, wobei die in Verbindung mit dem Vorratsbehälter stehende Leitung 48 weiter gegenüber der Nut 30 verbleibt. Damit ergibt sich eine Verminderung des in der Betätigungsvorrichtung 20 herrschenden Druckes, die nun direkt mit dem Vorratsbehälter 24 verbunden ist. Der Fluiddruck im Raum 26 ist nun vernachlässigbar, da er im wesentlichen gleich dem im Vorratsbehälter 24 herrschenden ist, und die einzige weiterhin der Verstellung des Schiebers 7 entgegenwirkende Kraft bleibt die von der Feder 13 erzeugte Kraft.
• Eine nachfolgende Erhöhung des Stroms durch die Spule 1 bewirkt eine weitere Verstellung (in der Figur nach unten) des Schiebers 7 entgegen der Feder 13. Dies schließt die Verbindung zwischen dem Raum 26 und dem Vorratsbehälter 24, während die Fluidausgangsleitung 48 zum Vorratsbehälter 24 nicht mehr gegenüber der Nut 30 liegt, die nun weiter gegenüber der mit der hydraulischen Betätigungsvorrichtung 20 in Verbindung stehenden Leitung 44 liegt. Nun steht der Raum 26 mit der Betätigungsvorrichtung 20 in Verbindung, was eine einer Verstellung des Schiebers 7 (in der Figur nach unten) entgegenwirkende hydraulische Reaktion bestimmt. Man erkennt, daß durch ein Modulieren des durch die Spule 1 fließenden Stroms, z.B. durch ein Zerhacken, der Schieber 7 eine Stellung einnehmen wird, die vom im Raum 26 herrschenden Druck abhängt, und daß man durch ein geeignetes Steuern dieses Stroms den gewünschten Fluiddruck an die Betätigungsvorrichtung 20 anlegen kann. Die in dem Raum 26 erzeugte hydraulische Reaktion wird nämlich automatisch die Verbindungen zwischen der Betätigungsvorrichtung 20 und der Druckfluidquelle 22, z.B. über eine Drosselstelle 42, und zwischen der Betätigungsvorrichtung 20 und dem Vorratsbehälter 24 für jeden bestimmten Wert der Intensität des durch die Spule 1 fließenden Stroms öffnen oder schließen.
• Selbstverständlich kann man anstelle der Feder 13 mehrere Federn mit unterschiedlichen Steifigkeiten teleskopartig anordnen, um dadurch die der vom Strom durch die Spule 1 erzeugten Kraft entgegenwirkende Kraft zu verändern.
• Gemäß einer weiteren Ausführungform stehen die auf der einen und auf der anderen Seite des Schiebers 7 angeordneten Kammern mit der Druckfluidquelle 22 in Verbindung. In den ersten Phasen des oben beschriebenen Betriebs steht der Raum 26 mit einer dieser Kammern so in Verbindung, daß anfänglich aufgrund einer Verbindung mit dem Vorratsbehälter 24 keine hydraulische Reaktion auf den Schieber 7 erzeugt wird.
• Letzteres Merkmal ergibt sich aus Figur 2, in der eine weitere Ausführung teilweise und schematisch dargestellt ist. Hier stehen nämlich die Kammern 11 und 15 über eine Leitung 40 mit der Quelle 22 in Verbindung. In der Ruhestellung steht die Kammer 26 über eine Bohrung 34 und die Nut 30 mit der Kammer 11 und folglich mit der Quelle 22 in Verbindung. Gemäß dieser Ausführung erlaubt ein normalerweise geschlossenes und zwischen der Kammer 15 und dem Vorratsbehälter 24 angeordnetes Ventil 50, den unter Druck stehenden Hydraulikkreis vollständig vom Vorratsbehälter zu isolieren, wenn das Elektroventil nicht erregt ist. Dieser Aspekt ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die normale Druckfluidquelle eine hydrostatische Quelle wie ein Hauptzylinder ist, da er erlaubt, sich von Auswahlproblemen oder von Toleranzproblemen bezüglich des Schiebers 7 und des Gehäuses 9 zu befreien. Wenn das Elektroventil erregt ist, öffnet sich das Ventil 50, und interne Verluste werden weitgehend von der Quelle 22 kompensiert, die in diesem Fall dynamisch ist, z. B. eine Pumpe.
• Wie man erkennt, ist die Rückstellkraft hier von zwei teleskopartig in der Kammer 11 angeordneten Federn erzeugt. Die Arbeitsweise ist zu der der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform ähnlich. In der Ruhestellung stehen die Quelle 22 und die Betätigungsvorrichtung 20 in Verbindung. Wenn durch die Spule ein Strom fließt, bewegt sich der Schieber 7 (in der Figur nach unten) und isoliert zuerst die Quelle 22 von der Kammer 11, während der Raum 26 in Verbindung mit der Betätigungsvorrichtung 20 bleibt. Gleichzeitig öffnet sich das Ventil 50, und die Kammern 11 und 15 stehen nun mit dem Vorratsbehälter 24 in Verbindung. Dies gilt auch für den Raum 26 und die Betätigungsvorrichtung 20. Daher ergibt sich eine Verminderung des Drucks. Bei einer Erhöhung der Intensität des Stroms durch die Spule verstellt sich der Schieber 7 weiter entgegen nur den Federn, und die Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter 24 und dem Raum 26 wird unterbrochen, da sich die Nut 30 nicht mehr gegenüber der Fluidausgangsleitung zum Vorratsbehälter 24 befindet. Bei einer weiteren Erhöhung der Intensität gelangt die Nut 30 dann gegenüber der Leitung 42, die mit der Quelle 22 in Verbindung steht, z. B. über eine Drosselstelle, die ein Verlangsamen der nachfolgenden Erhöhung des Fluiddrucks in der Betätigungsvorrichtung 20 erlaubt. Aufgrund des Raums 26 wird eine hydraulische Reaktion erzeugt, und durch ein geeignetes Modulieren des durch die Spule fließenden Stroms kann der Fluiddruck in der Betätigungsvorrichtung 20 perfekt gesteuert werden.
• Obwohl nur einige spezielle Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist es offensichtlich, daß der Fachmann an ihnen zahlreiche Veränderungen ausführen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, der durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist.

Claims (7)

1. Druckregelsystem für einen Hydraulikkreis mit wenigstens einem Druckfluidgenerator (22), einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung (20) und einem Niederdruckfluidvorratsbehälter (24) sowie einem von einem Rechner gesteuerten Elektroventil, das eine elektrische Spule (1) und einen verschiebbaren Magnetkern (3) enthält, der einen Schieber (7) steuert, der in einer in einem Gehäuse (9) vorgesehenen Bohrung gleitet, wobei der Schieber (7) zwei Kammern (11, 15) abgrenzt, die in der Bohrung auf der einen und auf der anderen Seite des Schiebers (7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (7) einen Hydraulikraum (26) enthält, der eine Reaktionskraft bestimmt, die der von der Spule (1) erzeugten Kraft entgegenwirkt, wobei der Raum (26) mit einer der Kammern (11,15) verbunden ist, solange das Elektroventil nicht erregt ist, während er nach der Erregung mit der hydraulischen Betätigungsvorrichtung (20) verbunden ist, wobei ein Federmittel (13) den Schieber (7) und den Kern (3) in die Ruhestellung zurückstellt.

2. Druckregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (26) durch eine im Schieber (7) ausgebildete Blindbohrung gebildet ist, wobei eine sich an dem Gehäuse abstützende Nadel (28) den Raum (26) in im wesentlichen dichter Weise abschließt, während eine radiale Bohrung (34) ihn mit einer am Umfang des Schiebers (7) vorgesehenen Nut (30) verbindet.

3. Druckregelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federmittel (13) durch eine in einer (11) der Kammern angeordnete Feder gebildet ist.

4. Druckregelsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federmittel (13) durch eine Baugruppe von Federn mit unterschiedlichen Steifigkeiten gebildet ist, die teleskopartig in einer (11) der Kammern angeordnet sind.

5. Druckregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (11, 15) permanent mit dem Vorratsbehälter (24) verbunden sind.

6. Druckregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (11, 15) mit der Quelle (22) verbunden sind, wenn das Elektroventil nicht erregt ist, und daß sie mit dem Vorratsbehälter (24) verbunden sind, wenn das Elektroventil erregt ist.

7. Druckregelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein normalerweise geschlossenes Ventil (50) zwischen einer (15) der Kammern und dem Vorratsbehälter (24) so angeordnet ist, daß der unter Druck stehende Hydraulikkreis vom Vorratsbehälter (24) getrennt ist, wenn das Elektroventil nicht erregt ist.