PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69105523T2 13.07.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0553268
Titel PROPORTIONALMODULATOR FÜR EINE ELEKTROPNEUMATISCHE BREMSANLAGE.
Anmelder Allied-Signal Inc., Morristown, N.J., US
Erfinder KRAUSE, Jeffrey, James, Olmsted Falls, OH 44138, US;
WOZNIAK, Paul, Walter, Brookpark, OH 44142, US;
SQUIRES, Ronald, Earl, Grafton, OH 44044, US
Vertreter Dr. E. Jung, Dr. J. Schirdewahn, Dipl.-Ing. C. Gernhardt, 80803 München
DE-Aktenzeichen 69105523
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 05.09.1991
EP-Aktenzeichen 919201517
WO-Anmeldetag 05.09.1991
PCT-Aktenzeichen US9106364
WO-Veröffentlichungsnummer 9206872
WO-Veröffentlichungsdatum 30.04.1992
EP-Offenlegungsdatum 04.08.1993
EP date of grant 30.11.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.07.1995
IPC-Hauptklasse B60T 8/36
IPC-Nebenklasse B60T 13/68   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Proportionalmodulator zum Steuern des Drucks in einer Fluiddruckbremsanlage.

Moderne elektronisch gesteuerte Bremsanlagen wie beispielsweise Antiblockier-Bremsanlagen, Traktionssteuersysteme und elektropneumatische Bremsanlagen erfordern einen Fluiddruckmodulator, der ein elektrisches Signal von einer elektronischen Steuereinheit des Fahrzeuges zu einem pneumatisch Signal umwandelt, um die Basisbremsen zu betätigen. Bekannte Modulatoren verwenden zwei An/Aus-Solenoide, um den Fluiddruck zu steuern und die Basisbremsen zu betätigen. Diese Modulatoren sind schwierig zu steuern, weil Variationen in Solenoidspulen und Dichtungslosreißreibung überwunden werden müssen, um Fluiddruck an die Basisbremsen zu liefern.

In neuerer Zeit sind Proportionalsolenoide verfügbar geworden, und ein Beispiel davon ist aus der DE-A-3 240 272 bekannt. Diese Proportionalsolenoide erzeugen einen Kraftausgang, der über den Anker angelegt wird und der eine direkte Funktion des Solenoidstromes ist und unabhängig von der Strecke ist, über welche der Anker sich bewegt. Die vorliegende Erfindung verwendet ein Proportionalsolenoid, um einen Abgabedruck hervorzurufen, der zu dem an das Solenoid angelegten Strom direkt proportional ist. Sowohl die Einlaßseite des Ventils und die Abgabe- oder Ausgangsseite des Ventils sind druckausgeglichen, und die Dichtungsreibung, die durch die O-Ringdichtungen erzeugt wird, welche in zum Stand der Technik gehörende Modulatoren verwendet werden, ist beseitigt, so daß ein Druckwert an der Abgabeöffnung erzielt wird, der eine direkte Funktion des Solenoidstromes ist. Die druckausgeglichenen Komponenten auf der Abgabeseite des Ventils schaffen eine Rückkopplungskraft zu der Betätigungseinrichtung für das Solenoid, gegen welche durch das Solenoid erzeugte Kraft wirkt. Diese Rückkopplungskraft wird erzeugt durch Fluiddruck an der Abgabeöffnung und sie wird durch den Solenoidanker erfahren, so daß die an dem Solenoidanker erzeugte Kraft eine Funktion der Rückkopplungskraft ist, die eine Funktion des Abgabedrucks ist. Da die durch das Solenoid erzeugte Kraft eine direkte Funktion des Solenoidstromes ist, ist der Abgabedruck auch eine Funktion des Solenoidstroms.

Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichung, in welcher:

Figur 1 eine Längsschnittansicht eines Proportionalmodulators ist, der gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung gebildet ist, wobei die Ventilelemente in der Position vollen Auslasses bzw. gelöster Bremse dargestellt sind;

Figur 2 eine Ansicht des umgrenzten Bereiches der Figur 1 ist, wobei jedoch die Ventilelemente in der Position vollen Anlegens gezeigt sind, in welcher direkte Verbindung zwischen der Zufuhr- oder Einlaßöffnung und der Abgabeöffnung geschaffen ist; und

Figur 3 eine der Figur 2 ähnliche Ansicht des umschriebenen Teils der Figur 1 ist, wobei jedoch die Ventilelemente in der überlappten Position dargestellt sind, in welcher sowohl die Zufuhröffnung als auch die Entleerungsöffnung von den Abgabeöffnungen isoliert bzw. getrennt sind.

Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnung umfaßt ein Proportionalmodulator, der allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, ein Gehäuse 12, welches eine Zufuhr- oder Einlaßöffnung 14, eine Abgabe- oder Auslaßöffnung 16 und eine Entleerungsöffnung 18 hat. Die Entleerungsöffnung 18 ist mit der Umgebungsatmosphäre verbunden. Die Zufuhröffnung 14 steht mit einer Fluiddruckzufuhr in Verbindung, beispielsweise mit einem üblichen Druckluftspeicherbehälter. Die Abgabe- oder Auslaßöffnung 16 steht mit den Basisbremsen des Fahrzeugs in Verbindung.

Das Gehäuse 12 bestimmt eine Kammer 20, in welcher Ventilkomponenten angeordnet sind, die allgemein mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet sind. Die Ventilkomponenten 22 umfassen ein Auslaß/Entleerungsventil 24, welches in der Kammer 20 verschiebbar angebracht ist und einen Ventilsitzbereich bzw. eine Ventilsitzfläche 26 trägt. Eine Feder 29 drückt das Einlaß/Entleerungsventil 24 gemäß den Figuren nachgiebig nach links, so daß die Ventilsitzfläche 26 nachgiebig in Dichtungseingriff mit einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Ventilsitz 28 gedrückt ist, der die Kammer 20 umgibt. Eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Dichtungsmembran 30 erstreckt sich zwischen dem Einlaß/Entleerungsventil 20 in dem Gehäuse 12, um dadurch die Verbindung zwischen der Kammer 20 und der Entleerungsöffnung 18 abzudichten. Das Einlaß/Entleerungsventil 24 umfaßt einen Führungsteil 31, der mit einer Bohrung 32 gleitbar in Eingriff steht, wodurch die Entleerungsöffnung 18 bestimmt ist. Das Ventil 24 bestimmt einen Durchgang 34, der die Kammer 20 mit der Entleerungsöffnung 18 verbindet.

Die Ventilkomponenten 22 umfassen weiterhin einen Ventilkolben 36. Der Ventilkolben 36 trägt einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Ventilsitz 38, der mit der Ventilsitzfläche 26 zusammenarbeitet, um Verbindung zwischen der Abgabeöffnung 16 und der Entleerungsöffnung 18 zu steuern. Der Kolben 36 umfaßt einen Teil 40, der in einem Durchgang 34 geführt ist, wobei jedoch ein Abschnitt des Teils 40 weggeschnitten ist, um Verbindung über den Durchgang 34 zu der Entleerungsöffnung 18 zu ermöglichen. Eine Feder 42 drückt den Kolben 36 nachgiebig gemäß Figur 1 nach links.

Ein Proportionalsolenoidgebilde des dem Fachmann bekannten Typs, welches allgemein mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet ist, ist ebenfalls in dem Gehäuse 12 angebracht. Das Solenoidgebilde 44 umfaßt eine Spule 46, die um einen Anker 48 gewickelt ist, und ein stationäres Polstück 50. Der Anker 48 ist in der Spule 46 gleitbar bzw. verschiebbar angebracht und er ist durch einen Teil 51 mit dem Kolben 36 verbunden derart, daß Bewegung des Ankers 48 direkt übertragen wird, um den Kolben 36 zu bewegen. Das Polstück 50 und der Anker 48 sind in einer dem Fachmann gut bekannten Weise derart konturiert, daß die von dem Anker 48 an den Kolben 36 angelegte Kraft eine direkte Funktion des an die Spule 46 angelegten Stromes unabhängig von Bewegung des Ankers 48 ist. Eine handbetätigte Überlaufeinrichtung 52 ist vorgesehen, um den Anker 48 zu betätigen, um dadurch die Ventilkomponenten 22 für Systemdiagnose und Wartung zu betätigen.

Eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Membran 54 erstreckt sich zwischen dem Kolben 36 und dem Gehäuse 12. Die Membran 54 schafft nicht nur eine Abdichtung zwischen dem Kolben 36 und dem Gehäuse 12, sondern sie schafft auch eine Rückkopplungskraft, die der Bewegung des Ankers 48 entgegenwirkt. Eine Seite der Membran 54 ist dem Druckwert in der Abgabeöffnung 16 ausgesetzt, und die gegenüberliegende Seite der Membran 54 ist über das Solenoidgebilde 44 zur Atmosphäre entlüftet. Demgemäß hat die Membran 54 eine wirksame Nettofläche, die in der Zeichnung als Fläche A angegeben ist, gegen welche der Druck an der Abgabeöffnung 16 wirkt. Die Kraft, die der Bewegung des Ankers 48 entgegenwirkt, ist daher eine Funktion des Druckwertes an der Auslaß- oder Abgabeöffnung 16, der gegen die Fläche A wirkt, so daß die von dem Solenoidgebilde 44 geforderte Kraft zum Betätigen der Ventilkomponenten 22, um den Druckwert an der Abgabeöffnung 16 zu erhöhen, sich erhöht, wenn der Druckwert an der Abgabeöffnung 16 sich erhöht, wodurch stärkere Stromwerte in der Spule 46 erforderlich sind, um den geforderten Kraftausgang zum Betätigen der Ventilkomponenten 22 zu erreichen. Demgemäß ist der Druckwert an der Abgabeöffnung 16 eine Funktion des an die Spule 46 angelegten Stromes.

Hinsichtlich des Betriebs sind die verschiedenen Komponenten des Modulators 10 in Figur 1 in den Positionen dargestellt, die sie einnehmen, wenn kein Strom an die Spule 46 angelegt ist und der Abgabedruck an der Abgabeöffnung 16 im wesentlichen der Atmosphärendruck ist. In diesem Zustand ist die Ventilsitzfläche 38 von dem Einlaß/Entleerungsventil 24 getrennt, so daß die Abgabeöffnung 16 über die Entleerungsöffnung 18 und den Durchgang 34 zur Atmosphäre entlüftet ist. Die Feder 42 spannt die Ventilsitzfläche 38 in die getrennte Position vor, wie es dargestellt ist. Gleichzeitig spannt die Feder 29 das Einlaß/Entleerungsventil 24 in Dichtungseingriff mit dem Ventilsitz 28 vor, wodurch die Zufuhr- oder Einlaßöffnung 14 geschlossen wird. Die wirksame Fläche B der Ventilsitzfläche 38, die auf den Druckwert an der Zufuhröffnung 14 anspricht, ist im wesentlichen die gleiche wie die wirksame Fläche C der Membran 30, die ebenfalls dem Fluiddruckwert an der Zufuhr- oder Einlaßöffnung 14 ausgesetzt ist. Da die durch den Fluiddruck erzeugten Kräfte, die gegen die Flächen B und C wirken, einander entgegengesetzt sind, heben sich die Fluiddruckkräfte, die durch Druck an der Einlaßöffnung 14 erzeugt sind und gegen das Einlaß/Entleerungsventil 24 wirken, einander auf, so daß das Ventil durch die Kraft der Feder 29 geschlossen gehalten ist. Durch Beseitigen der Kräfte als Folge der Fluiddruckeinlaßöffnung 14 derart, daß das Ventil durch die Feder 29 geschlossen gehalten ist, ist die Kraft, die erforderlich ist, um das Einlaß/Entleerungsventil 24 zu öffnen, unabhängig gemacht von den Änderungen des Fluiddrucks an der Zufuhr- oder Einlaßöffnung 14. Da der Kraftausgang des Solenoidgebildes 44 sich nur über einen relativ begrenzten Bereich ändern kann, ist es üblicherweise erwünscht, daß die Kraft, die erforderlich ist, um das Einlaß/Entleerungsventil 24 zu öffnen, so konstant wie möglich gehalten wird.

Wenn ein vorbestimmter Fluiddruckwert an der Abgabeöffnung 16 gefordert wird, wird ein vorbestimmter Stromwert zu der Spule 46 übertragen, wodurch ein vorbestimmter Kraftausgang am Anker 48 hervorgerufen wird. Demgemäß wird der Kolben 36 gemäß Figur 1 nach rechts bewegt, wobei zuerst die Ventilsitzfläche 38 gegen den Ventilsitz 26 geschlossen wird, um die Verbindung zwischen der Abgabeöffnung 16 und der Entleerungsöffnung 18 zu beenden, und danach die Ventilsitzfläche 26 von der Ventilsitzfläche 28 weg in die offene Stellung gebracht wird, um Verbindung von der Zufuhröffnung 14 zur Abgabeöffnung 16 zu ermöglichen, wodurch der Druck an der Abgabeöffnung 16 erhöht wird. Wenn der Druck an der Abgabeöffnung 16 sich erhöht, erhöht sich auch die Kraft, die an der wirksamen Fläche A der Membran 54 wirkt. Der sich erhöhende Druck an der Abgabeöffnung 16 wirkt auch an der wirksamen Fläche D zwischen dem Ventilsitz 38 und der Ventilsitzfläche 28. Demgemäß drücken die Kraft der Feder 42 und die Kraft, die gegen die wirksame Fläche A wirkt, den Kolben 36 gemäß Figur 1 nach links; die Kraft des Solenoides und die an der wirksamen Fläche D wirkende Kraft haben das Bestreben, die Ventilkomponenten 22 gemäß Figur 1 nach rechts zu drücken. Wenn diese Kräfte sich ausgleichen, bewegen sich die Ventilkomponenten 22 in die in Figur 3 dargestellte überlappte Position, in welcher die Ventilsitzfläche 26 einen Abschluß schafft gegen den Ventilsitz 28 und die Ventilsitzfläche 38, so daß Verbindung zwischen der Abgabeöffnung 16 und der Entleerungsöffnung 18 und der Zufuhreinlaßöffnung 14 beendet ist. Der Kraftausgleich an den Ventilkomponenten 22 ist durch die nachstehende Gleichung gegeben:

FSolenoid + Ffläche D + FFläche A - FFeder = 0

Die Ventilkomponenten 22 verbleiben in diesem überlappten Zustand, bis der durch die obige Gleichung gegebene Kraftausgleich aufgehoben ist. Wenn beispielsweise die Bedienungsperson einen höheren Druck an der Abgabeöffnung 16 wünscht, wird der Strom in der Solenoidspule 46 verstärkt, wodurch die Ventilkomponenten 22 gemäß den Figuren nach rechts gedrückt werden, um die Ventilsitzfläche 26 von der Ventilsitzfläche 28 weg in die offene Position zu bringen, wodurch zusätzliche Verbindung zwischen der Zufuhröffnung 14 zu der Abgabeöffnung 16 ermöglicht ist, um den Druckwert an der Abgabeöffnung 16 zu erhöhen. Dieser erhöhte Druckwert an der Abgabeöffnung 16 wirkt über der Fläche A, entgegengesetzt zu der von dem Solenoidgebilde 44 erzeugten Kraft. Wenn die Kräfte wiederum ausgeglichen sind, wie es durch die obige Gleichung gegeben ist, bewegen sich die Ventilkomponenten 22 zurück in den überlappten Zustand.

In ähnlicher Weise wird, wenn die Bedienungsperson es wünscht, den Druckwert an der Abgabeöffnung 16 zu verringern, der Strom zum Solenoid 46 verringert, so daß der Druckwert an der Abgabeöffnung 16, der über die Fläche A der Membran 54 wirkt, als Folge der verringerten Solenoidkraft in der Lage ist, den Ventilkolben 36 gemäß den Figuren nach links zu bewegen, wodurch der Ventilsitz 38 von dem Ventilsitz 26 weg geöffnet wird, um dadurch einen gewissen Teil des Drucks an der Abgabeöffnung 16 über die Entleerungsöffnung 18 zur Atmosphäre abzulassen. Wenn der Druck an der Abgabeöffnung 16 derart verringert ist, daß der Kraftausgleich, gegeben durch die obige Gleichung, wiederhergestellt ist, schließt sich die Sitzfläche 38 wiederum gegen die Sitzfläche 26, so daß die Ventilkomponenten 22 in den überlappten Zustand zurückgeführt werden, der in Figur 3 dargestellt ist.

Wenn die Bedienungsperson es wünscht, den Druckwert an der Abgabeöffnung 16 zu entlüften, wird der Strom zur Spule 46 abgespaltet, so daß der Druckwert an der Abgabeöffnung 16, der über die Fläche A wirkt, den Kolben 36 in die in Figur 1 dargestellte Position zurückführt. Gleichzeitig führt die Feder 29 das Einlaß/Entleerungsventil 24 zurück in Eingriff mit der Ventilsitzfläche 28, wodurch die Zufuhr- oder Einlaßöffnung 14 abgesperrt wird, während die Abgabeöffnung 16 zur Entleerungsöffnung 18 entlüftet wird.


Anspruch[de]

1. Proportionalmodulator zum Erzeugen eines Fluiddruckwertes proportional zu einem elektrischen Strom, umfassend ein Gehäuse (12), welches eine Einlaßöffnung (14), die mit einer Fluiddruckquelle in Verbindung steht, eine Auslaßöffnung (16) und eine Entleerungsöffnung (18) hat, eine Ventileinrichtung (24,36) zum Steuern der Verbindung zwischen der Einlaßöffnung (14), der Auslaßöffnung (16) und der Entleerungsöffnung (18), eine Proportional-Solenoidbetätigungseinrichtung (44) in dem Gehäuse (12), die eine elektrische Spule (46) und einen von der Spule (46) betätigten Anker (48) aufweist, wobei die an den Anker (48) angelegte Kraft eine direkte Funktion des an die Spule (46) angelegten elektrischen Stromes ist, der Anker (48) mit der Ventileinrichtung (24,36) verbunden ist zum Betätigen der letzteren zum Steuern der Verbindung zwischen der Einlaßöffnung (14), der Auslaßöffnung (16) und der Entleerungsöffnung (18), die Ventileinrichtung (24,36) sich in eine überlappte Position bewegt, wenn ein vorgewählter Druckwert an der Auslaßöffnung (16) hervorgerufen ist, wobei der vorgewählte Druckwert eine Funktion des an die Spule (46) angelegten Stromes ist, und ein Paar von entgegengesetzt wirkenden auf Fluiddruck ansprechenden Flächen (A,D), die gegen den Anker (48) wirken, wobei jede der entgegengesetzt wirkenden Flächen (A,D) dem Fluiddruckwert an der Auslaßöffnung (16) ausgesetzt ist, eine (A) der entgegengesetzt wirkenden Flächen sich zwischen dem Anker (48) und dem Gehäuse (12) erstreckt und eine Rückkopplungskraft auf den Anker (48) ausübt, die der von der Spule (46) angelegten Kraft entgegenwirkt, die Ventileinrichtung (24,36) ein Ventilglied (24), welches in dem Gehäuse (12) gleitbar angebracht ist zum Steuern der Verbindung von der Einlaßöffnung (14) zu der Auslaßöffnung (16), und eine Feder (29) umfaßt, welche das Ventilglied (24) nachgiebig in Richtung gegen eine Position drückt, in welcher das Ventilglied (24) mit einem von dem Gehäuse (12) getragenen Ventilsitz (28) abdichtend in Eingriff tritt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (24) ein Paar von entgegengesetzt wirkenden auf Fluiddruck ansprechenden Flächen (B,C) umfaßt, deren jede auf den Druckwert an der Einlaßöffnung (14) anspricht, um im wesentlichen die Kräfte aufzuheben, die auf das Ventilglied (24) durch den Fluiddruck an der Einlaßöffnung (14) ausgeübt werden, und die an den Anker (48) durch die genannte eine der entgegengesetzt wirkenden Flächen (A) angelegte Rückkopplungskraft die an den Anker (48) durch die andere der entgegengesetzt wirkenden Flächen (D) angelegte Rückkopplungskraft im wesentlichen aufhebt, wenn die Ventileinrichtung (24,36) sich in der überlappten Position befindet.

2. Proportionalmodulator nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (24,36) einen von dem Anker (48) getragenen Ventilsitz (38) umfaßt zum Steuern der Verbindung über die Entleerungsöffnung (18).

3. Proportionalmodulator nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz an dem Anker (48) durch den letzteren in Richtung gegen Dichtungseingriff und weg aus dem Dichtungseingriff mit der Ventilsitzfläche an dem Ventilglied (24) bewegbar ist, und die andere der entgegengesetzt wirkenden Flächen (D) an dem Ventilglied (24) gebildet ist.

4. Proportionalmodulator nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitze verschiedene Ventilsitzabschnitte an der Ventilsitzfläche umgreifen, und die andere der entgegengesetzt wirkenden Flächen (A,D) an der genannten Ventilsitzfläche gebildet ist als der Unterschied zwischen den Ventilsitzabschnitten.

5. Proportionalmodulator nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß ein federnder Teil zwischen dem Anker (48) und dem Ventilglied (24) den Ventilsitz an dem Anker (48) von der Ventilsitzfläche an dem Ventilglied (24) nachgiebig weg drückt.

6. Proportionalmodulator nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzt wirkenden Flächen (A,D) konzentrisch sind.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com