DE69111628T2

DE69111628T2 - Druckregler für Fluide.

Info

Publication number: DE69111628T2
Application number: DE69111628T
Authority: DE
Inventors: Koichi Hashida; Koji Takata
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1991-02-06
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: EP0441344A3; EP0441344B1; JP2782894B2; US5109886A; KR950008503B1; KR910015456A; EP0441344A2; DE69111628D1; JPH03234986A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckregler für Fluide, der sich für den Einsatz in einem unter hohen Druck und bei kleinem Durchfluß betriebenen Fluiddrucksystem, wie z.B. einem Bremssystem für Fahrzeuge, eignet und insbesondere auch für eine Vorrichtung zum Steuern der Druckanstieg- oder Druckabfallgeschwindigkeit (streng genommen der Durchflußgeschwindigkeit) auf einen Wert, welcher der Größe der elektrischen Ansteuerung entspricht.
Vom Anmelder wurde in der japanischen Patentanmeldung 1- 272628 ein Steuerungsventil für veränderlichen Durchfluß vorgeschlagen. Pei diesem Steuerungsventil für veränderlichen Durchfluß wird ein Differenzdruck entsprechend der Größe der elektrischen Ansteuerung zwischen einer ersten und einer zweiten Fluidkammer erzeugt, die an den beiden Enden eines Kolbens durch eine Öffnung veränderlicher Größe hindurch mittels eines Schulterabschnitts an dem Kolben bestimmt sind. Der Durchfluß durch das Ventil wird mittels einer Öffnung fester Größe gesteuert, die in einem die beiden Kammern verbindenden Durchtritt gebildet ist, um dem Differenzdruck zu entsprechen.
Um dieses Ventil für eine Vielzahl von Anwendungen einzusetzen, müssen zwei solche Ventile vorbereitet werden, und zwar eines für die Druckerhöhung und das andere für die Druckverringerung. Dies ist umständlich und unwirtschaftlich.
Eine Aufgabe der Erfindung gemäß Anspruch 1 besteht darin, einen Druckregler für Fluide veränderlichen Durchflusses bereit zustellen, der sowohl für die Druckerhöhung als auch Druckverringerung verwendet werden kann.
Gemäß dieser Erfindung werden axial beabstandet voneinander an dem Kolben zur Differenzdrucksteuerung zwischen der ersten und der zweiten Kammer zwei Ringventilelemente bereitgestellt. Öffnungen veränderlicher Größe werden durch jeweile Ringventilelemente und Schultern an dem Kolben festgelegt, damit sie in zueinander entgegengesetzten Richtungen arbeiten.
Eines der Probleme bei einem derartigen Ventil sind die Schwierigkeiten bei der maschinellen Bearbeitung und beim Zusammenbau. Wenn nämlich zwei Ringventilelemente an zueinander axial verschobenen Orten bereitgestellt werden, ist es notwendig, zwei Kolbenführungsabschnitte bereitzustellen, um den Kolben axial zu führen, wobei man im wesentlichen für Flüssigkeit-Dichtheit sorgen muß. Für die Zylindrizität der Führungsabschnitte ist eine hohe Toleranz erforderlich. Daher muß der Kolben, wenn er ein einstückiger Körper ist, auch eine hohe Zylindrizität an den Abschnitten haben, wo er durch die Führungsabschnitte hindurchtritt. Die maschinelle Bearbeitung eines derartigen Kolbens wäre äußerst schwierig.
Um dieses Problem zu lösen, wird gemäß dieser Erfindung der Kolben in zwei Abschnitte unterteilt, und zwar einen für die Druckerhöhung und den anderen für die Druckverringerung, so daß jeder Kolbenabschnitt durch jeden der beiden Gleitführungsabschnitte geführt wird.
Die durch die Ringventilelemente gebildeten Öffnungen veränderlicher Größe dienen zur getrennten Steuerung der Verbindungen zwischen der ersten Kammer und dem Einlaßanschluß sowie zwischen der ersten Kammer und dem Entleeranschluß je nach der axialen Position des Kolbens. Wenn beide in einer Schließstellung sind, sind beide Verbindungen geschlossen. Somit sorgt die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung für eine Dreiphasensteuerung, d.h., Druckerhöhung, Druckverringerung und Druckhalten. Somit kann sie für verschiedene Anwendungen verwendet werden.
Da der Kolben in zwei Abschnitte axial unterteilt ist, können außerdem die Zylindrizität-Toleranzen der jeweilen Führungsabschnitte getrennt voneinander bestimmt werden. Mit anderen Worten, ist es nicht notwendig, die Zylindrizität- Toleranz zwischen den beiden Führungsabschnitten zu berücksichtigen. Derartige Kolben können leichter hergestellt und zusammengebaut werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Druckerhöhung-, Druckverringerung- und Druckhalte-Steuerungen unter Verwendung von Ringventilelementen ausgeführt, die beim Aufrechterhalten der Flüssigkeit-Dichtheit vorteilhaft sind. Somit kann eine derartige Steuerungsvorrichtung für Brems- Systeme mit mehrfachen Funktionen verwendet werden.
Weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der begleitenden Zeichnung, wobei:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist; und
Fig. 2-5 schematische Schnittansichten weitere Ausführungsbeispiele sind.
In Fig. 1 umfaßt ein Druckregler 10 für Fluide ein Gehäuse 11 mit einem Einlaßeinschluß 13, einem Entleeranschluß 17 und einem Auslaßanschluß 16 sowie eine in dem Gehäuse montierte axial bewegliche Spule bzw. Kolben 12. Die in der Figur gezeigte Spule ist in zwei Abschnitte 12-1 und 12-2 zur leichten maschinellen Verarbeitung und Bearbeitbarkeit unterteilt. Von einem funktionellen Standpunkt aus betrachtet kann sie jedoch ein einstückiger Körper sein.
Die Enden der beiden Abschnitte sind zueinander im Anschlag. Eine erste Kammer A ist zwischen einem Ende der Spule 12 und dem Gehäuse 11 festgelegt, während eine zweite Kammer B zwischen dem äußeren Ende der Spule 12 und dem Gehäuse festgelegt ist. Die zweite Kammer B steht mit dem Auslaßanschluß 16 in Verbindung. Die Spule 12-1 neben der Kammer A ist mit einem inneren Durchtritt ausgebildet, damit beide Enden der Spule miteinander in Verbindung stehen, während die Spule 12-2 neben der Kammer B mit einem inneren Durchtritt ausgebildet ist, der eine Öffnung 15 mit fester Größe hat, damit beide Enden miteinander in Verbindung stehen.
Weiterhin sind Randdurchtritte 14-1 und 14-2 in den äußeren Randflächen der Spulen 12-1 bzw. 12-2 ausgebildet. Der Durchtritt 14-1 steht mit dem inneren Durchtritt durch ein Loch in Verbindung, das neben der ersten Kammer A gebildet ist, während der Durchtritt 14-2 mit dem inneren Durchtritt durch ein Loch oder eine neben der ersten Kammer A gebildete Rille in Verbindung steht, während der Durchtritt 14-2 mit dem inneren Durchtritt durch ein Loch neben den sich im Anschlag befindenden Enden der Spulen 12-1 und 12-2 oder durch eine in den sich im Anschlag befindenden Enden der Spulen gebildete Rille in Verbindung steht.
Ringventilelemente 26-1 und 26-2 sind in dem Gehäuse 11 an den Spulen bereitgestellt. Zwischen den Ringventilelementen und den an den Spulen gebildeten Schultern sind Öffnungen veränderlicher Größe gebildet, um die Verbindungen zwischen den Randdurchtritten 14-1 und 14-2 sowie dem Einschlußanschluß 13 und dem Entleeranschluß 17 zu steuern.
Die beiden durch die Ringventilelemente bestimmten Öffnungen veränderlicher Größe und die Schultern an den Spulen sind in zueinander entgesetzten Richtungen ausgerichtet und so angeordnet, daß sie eine Stellung einnehmen können, in der beide von ihnen geschlossen sind. Auf der Druckerhöhungsseite befindet sich nämlich die durch das kingventilelement 26-1 festgelegte Öffnung veränderlicher Größe auf einer von dem Einlaßanschluß 13 abgewandten Seite, während sich auf der Druckverringerungsseite die durch das Ringventilelement 26-2 festgelegte Öffnung veränderlicher Größe auf einer Seite bei dem Entleeranschluß 17 befindet.
Wenn sich die Spule 12 zu der ersten Kammer A hin bewegt, öffnet sich daher die Öffnung veränderlicher Größe an dem Einlaßanschluß, wodurch der Druck erhöht wird. Wenn sie sich zu der zweiten Kammer B hin bewegt, öffnet sich die Öffnung veränderlicher Größe bei dem Entleeranschluß, wodurch der Druck verringert wird. Die Ringventilelemente 26 haben nicht nur die Funktion der Festlegung der Öffnungen veränderlicher Größe festzulegen, sondern auch die Funktion von Dichtungsrillen 27, die in dem Gehäuse 11 gebildet sind. Weiterhin dienen sie dazu, einen Überhub der Spule zu ermöglichen&sub7; damit eine weitere Spule den Anschluß öffnen kann, nachdem die Öffnungen veränderlicher Größe geschlossen worden sind. Die Ringventilelemente sollten vorzugsweise aus einem elastischen Material wegen der einfachen Fertigung und dem einfachen Zusammenbau bestehen. Doch können sie auch aus einem steifen Material je nach der Auslegung des Gehäuses hergestellt werden. In dem Ausführungsbeispiel werden einfache O-Ringe verwendet. Doch können auch Elemente, wie z.B. Lippendichtungen, verwendet werden. Spulenführungsabschnitte 28-1 und 28-2 mit sehr kleinem Spiel sind in dem Gehäuse ausgebildet, um zu verhindern, daß das hydraulische Fluid durch die Öffnungen veränderter Größe strömt, und ein axiales Gleiten der Spule bei gleichzeitigem Aufrechterhalten der Flüssigkeit-Dichtheit zu ermöglichen.
Wenn die unterteilte Spule verwendet wird, um aus ihr den größten Nutzeffekt zu ziehen, sollten die Spulenführungsabschnitte 28-1 und 28-2 auf getrennten Elementen ausgebildet sein, die dann in dem Gehäuse 11 zusammengebaut werden. Solange diese Anforderung erfüllt wird, kann das Gehäuse auf jede beliebige Art unterteilt werden. Tatsächlich besteht das Gehäuse aus einer Vielzahl getrennter Elemente zur einfachen Herstellung.
In dem Gehäuse 11 sind ein Elektrizität/Leistung-Wandler 20 zum Antreiben der Spule, eine Feder 18 zum Halten der Spule in ihrer Anfangsstellung, wenn die Ausgabe des Elektrizität/Leistung-Wandlers 20 Null ist, und eine Feder 21 zum Drücken gegen die Spule 12-1, um sie der Spule 12-2 folgend zu bewegen, wenn sich letztere zur linken Seite der Figur hin bewegt, bereitgestellt.
Die auf die Spule ausgeübte Federkraft kann wie z.B. unter Verwendung einer Einstelleinrichtung, wie sie in der japanischen Patentanmeldung 1-272628 offenbart ist, eingestellt werden.
Die Durchflußgeschwindigkeit durch die Steuerungsvorrichtung wird durch den Differenzdruck zwischen beiden Enden der Öffnung 15, d.h. dem Differenzdruck zwischen den Kammern A und B bestimmt. Er wird durch die Differenz zwischen der Ausgabe des Elektrizität/Leistung-Wandlers 20 und der dieser Ausgabe entgegenwirkenden Federkraft bestimmt (in der Figur die durch Subtraktion der Kraft von Feder 21 von der Kraft von Feder 18 gegebene Kraft).
Die Spule 12 bewegt sich automatisch so, daß die Differenz des Fluiddrucks zwischen beiden Enden der Öffnung fester Größe beibehalten wird, um den Öffnungsgrad der durch die Ringventilelemente 26 und die Schulter an der Spule bestimmten Öffnungen veränderlicher Größe zwischen dem Einlaßanschluß 13 und dem Randdurchtritt 14-1 sowie zwischen dem Randdurchtritt 14-2 und dem Entleeranschluß 17 einzustellen. Wenn nämlich die Öffnung veränderlicher Größe zwischen einer der Spulen und dem Ringventilelement gebildet wird, befindet sich die andere Spule im Zustand des Überhubs und im flüssigkeitsdichten Kontakt mit dem jeweiligen Ringventilelement. Somit kann sowohl bei der Druckerhöhung- Steuerung als auch bei der Druckverringerung-Steuerung die Durchflußgeschwindigkeit auf einen Betrag gesteuert werden, welcher der Größe der elektrischen Ansteuerung entspricht, die an den Elektrizität/Leistungs-Wandler 20 angelegt wird.
Erfindungsgemäß kann die anfängliche Position der Steuerungsvorrichtung (wenn sie nicht aktiviert ist) auf eine der folgenden drei Positionen eingestellt werden, und zwar die Position für Druckerhöhung, die Position für Druckhalten (beide geschlossen) und die Position für Druckverringerung, indem man die Anordnung der Spule 18 und die Anordnung der Eigenschaften des Elektrizität/Leist.ung-Wandlers 20 einstellt.
Z.B. stellt in der Anordnung von Fig. 1, bei der sich die Spule am Ende ihres Weges zu der Kammer A hin im nichtaktivierten Zustand befindet, die Anfangsposition die Position für die Druckerhöhung dar. In dieser Anordnung von Fig. 2, in welcher sich die Spule am Ende ihres Weges zu der Kammer B hin im nichtaktivierten Zustand befindet, stellt die Anfangsposition die Position für die Druckverringerung dar.
In Fig. 3, in der sich die Spule in einer Zwischenposition des Hubs im nichtaktivierten Zustand befindet, stellt die Anfangsposition die Posion für das Druckhalten dar.
Wenn die Anfangsposition der Position für die Druckerhöhung oder die Druckverringerung entspricht, wird die Kraft der Feder 18 minus derjenigen der Feder 21 so bestimmt, daß sie einem mittleren Pegel der Ausgabe des Elektrizität/Leistung-Wandlers 20 entspricht, der so ausgelegt ist, daß er in einer einzigen Richtung arbeitet (eine Hereinzieh-Bauart ist in Fig. 1 gezeigt, während eine Herausschieb-Bauart in Fig. 2 gezeigt ist), so daß der Druckhaltezustand erreicht wird, wenn die Ausgabe einen mittleren Pegel einnimmt. Wenn andererseits die Anfangsposition die Position zum Druckhalten ist, wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3, sind zwei schwache Federn bereitgestellt, die entgegengesetzt zueinander arbeiten, und es wird ein Elektrizität/Leistung-Wandler verwendet, der in die beiden Richtungen arbeitet.
Ein Treiber 19 für den Elektrizität/Leistung-Wandler 20 ist einstückig mit der Spule 12-2 in den Ausführungsbeispielen von Fig. 1 und 3. Doch kann er auch, wie in Fig. 2 oder in Fig. 4 gezeigt, bei denen sich der Wandler 20 auf einer derjenigen von Fig. 2 gegenüberliegenden Seite befindet, als ein getrenntes Element mit seiner eigenen Führungsfläche ausgebildet sein.
Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, können der Einlaßanschluß und der Entleeranschluß so ausgelegt sein, daß ihre relative Position bezüglich der Kammern A und B entgegengesetzt zu der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Beziehung ist. Doch werden in einem solchen Fall, wenn die Anfangsposition im nichtaktivierten Zustand auf die Position zum Druckhalten eingestellt wird, Anordnungen erforderlich, um einer der beiden Spulen eine Schubkraft und der anderen eine Zugkraft mittels des Elektrizität/Leistung-Wandlers zu verleihen. Ein Beispiel ist in Fig. 5 gezeigt, bei dem sich eine mit der Spule 12-2 einstückige Antriebsvorrichtung 19 durch die Spule 12-1 mit diametralem Spiel erstreckt, um die Spulen 12-1 und 12-2 über die Antriebsvorrichtung 19 miteinander mechanisch zu koppeln.
Der Durchtritt für die Fluidverbindung zwischen den Kammern A und B sollte zwecks leichter maschineller Bearbeitung durch die Spule hindurch ausgebildet werden. Doch können auch, wie in Fig. 4 gezeigt, ein derartiger Durchtritt und die Öffnung 15 mit fester Größe außerhalb der Spule gebildet sein. In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 ist ein Teil des Durchtritts für die Verbindung in der Spule 12-1 ausgebildet, während ihr Rest in dem Gehäuse zusammen mit der Öffnung fester Größe gebildet ist.
Es können weitere herkömmliche Einrichtungen verwendet werden, wie z.B. in der Oberfläche der Spule gebildete Rillen in Umfangsrichtung, um den Reibungswiderstand zu verringern.

Claims

1. Druckregler für Fluide, mit einem Gehäuse, das einen Einlaßanschluß, einen Entleeranschluß und einen Auslaßanschluß hat, einer in dem Gehäuse axial gleitend montierten Spule, einer ersten und einer zweiten Kammer, die durch beide Enden der Spule und des Gehäuses bestimmt sind, einem Elektrizität/Leistung-Wandler, mit dem der Spule eine axiale Antriebskraft entsprechend dem Betrag eines elektrischen Befehls verliehen wird, einer Feder zum Halten der Spule in ihrer Anfangsposition, wenn der Wert des elektrischen Befehls an den Wandler Null ist, einem Paar Ringventilelementen, von denen eines der Druckerhöhung und das andere der Druckverringerung dient, die eine erste und eine zweite entgegengesetzt zueinander ausgerichtete Öffnung veränderlicher Größe festlegen, wobei die erste der Druckerhöhung und die zweite der Druckverringerung zwischen den jeweiligen Ringventilelementen und den an der Spule ausgebildeten Schultern dient, wobei die erste und die zweite Öffnung mit veränderlicher Größe so ausgelegt sind, daß sie die Verbindung zwischen der ersten Kammer und dem Einlaßanschluß und die Verbindung zwischen der ersien Kammer und dem Entleeranschluß jeweils in Abhängigkeit von der axialen Position der Spule getrennt steuern und beide Verbindungen schließen, wenn beide Öffnungen veränderlicher Größe geschlossen werden, zwei Führungsabschnitten zum Führen der Spule, wobei einer der Führungsabschnitte gegenüber dem Ringventilelement zur Druckerhöhung bezüglich des Einlaßanschlusses angeordnet ist, wobei der andere Führungsabschnitt gegenüber dem Ringventilelement zur Druckverringerung bezüglich des Entleeranschlusses angeordnet ist, einem ersten Durchlaß, mit dem die zweite Kammer normalerweise mit dem Auslaßanschluß in Verbindung gehalten wird, einem zweiten Durchlaß, mit dem die erste und die zweite Kammer miteinander in Verbindung gehalten werden, und einer im zweiten Durchlaß gebildeten Öffnung fester Größe, wobei entsprechend der Ausgabe des Elektrizität/Leistung-Wandlers zwischen der ersten und der zweiten Kammer ein Differenzdruck durch die Öffnungen veränderlicher Größe hindurch erzeugt wird, um mittels der Öffnung fester Größe den Durchfluß entsprechend dem Differenzdruck zu steuern.

2. Druckregler nach Anspruch 1, wobei die Spule in zwei Abschnitte unterteilt ist, von denen einer eine Spule zur Druckerhöhung und der andere eine Spule zur Druckverringerung ist, wobei die Spulenabschnitte von den beiden Führungsabschnitten getrennt geführt werden.

3. Druckregler nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anfangsposition der Spule eine Position zur Druckerhöhung ist, bei der der Einlasanschluß mit der ersten Kammer durch die Öffnung veränderlicher Größe zur Druckerhöhung in Verbindung ist.

4. Druckregler nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anfangsposition der Spule eine Position zur Druckbeibehaltung ist, bei der die Öffnungen veränderlicher Größe zur Druckerhöhung und Druckverringerung beide geschlossen sind.

5. Druckregler nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anfangsposition der Spule eine Position zur Druckverringerung ist, bei der der Entleeranschluß mit der ersten Kammer durch die Öffnung veränderlicher Größe zur Druckverringerung in Verbindung ist.

6. Druckregler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei bei der Spule zur Druckerhöhung, die sich auf der Seite der ersten Kammer befindet, beide Enden mit der ersten Kammer in Verbindung sind, und wobei bei der anderen Spule, die sich auf der Seite der zweiten Kammer befindet, ein Ende mit der einen Spule im Anschlag ist und mit der ersren Kammer in Verbindung steht und das andere Ende mit der zweiten Kammer in Verbindung steht, wobei die Öffnung fester Größe in einem Durchlaß ausgebildet ist, der beide miteinander in Verbindung stehende Enden der anderen Spule verbindet.