DE19948446A1

DE19948446A1 - Spring for inlet valve of pump mounted in controlled braking system has length which does not alter in proportion to force exerted on it

Info

Publication number: DE19948446A1
Application number: DE1999148446
Authority: DE
Inventors: Martin Baechle; Achim Possmann; Michael Hitzel; Oliver Deriko
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2001-04-12

Abstract

The spring for the inlet valve of a pump mounted in a controlled braking system has a length which does not alter in proportion to the force exerted on it. It consists of a spiral spring with sections (L01 - L03) in which the windings have a different pitch, the central section (L02) having windings of a larger pitch than the other two.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feder (1) für ein Pumpenventil, insbesondere für das Saugventil einer Pumpe eines geregelten Bremssystems. An derartige Pumpen werden erhebliche Anforderungen gestellt, da sie mit möglichst großem Wirkungsgrad über einen sehr großen Temperaturbe reich zuverlässig arbeiten müssen. Weiterhin soll der Be darf an Leistung zum Betreiben der Pumpe möglichst niedrig und die Förderleistung der Pumpe möglichst hoch sein.The invention relates to a spring ( 1 ) for a pump valve, in particular for the suction valve of a pump of a controlled brake system. Such pumps are subject to considerable requirements because they have to work reliably with the greatest possible efficiency over a very large temperature range. Furthermore, the loading of the power to operate the pump should be as low as possible and the delivery capacity of the pump should be as high as possible.

Untersuchungen haben nun ergeben, daß die Förderleistung einer Pumpe dann besonders groß ist, wenn das Saugventil nach dem Passieren des Umkehrpunktes (größere Volumenge schwindigkeit) des zugeordneten Pumpenkolbens möglichst schnell schließt, denn ein schnelles Schließen des Stoßven tils bringt deutliche Steigerung des Fördervolumens. Die Schließgeschwindigkeit eines Ventils hängt aber stark von der Steifigkeit der Ventilfeder (1) ab. Je straffer die Fe der ist, also je höher ihre sogenannte Federrate, desto schneller kann das Ventil schließen und damit bei sinkendem Saugdruck ein Verlust von Druckmittel entgegen der Ansaug richtung verhindern. Hieraus ergibt sich, daß unter Be rücksichtigung der Schließzeit eine Saugventilfeder mit ho her Steifigkeit gewählt werden sollte. Dabei wird die Größe der Steifigkeit begrenzt durch die Forderung, daß das Ven til bei dem in der Pumpe gebildeten Saugdruck (Unterdruck) in der Lage sein muß, das Ventil zu öffnen, da andernfalls ein Fördern des Druckmittels nicht möglich ist. Selbst wenn man aber eine Saugfeder mit hinreichend kleiner, für die Öffnung des Ventils noch hinreichenden Steifigkeit wählt, so tritt bei Serienfertigung von Pumpen das Problem auf, daß für manche Pumpen aufgrund der Abmessungen der zusam mengefügten Bauteile der für die Feder im Schließzustand des Ventils zur Verfügung stehende Raum in seiner Längs richtung zu klein ist, so daß die Feder nur unter beachtli cher Vorspannung in das Ventil eingebaut werden kann. Das ergibt sich aus dem Zusammentreffen der zusammengefügten Bauteile, die zwar alle innerhalb ihrer vorgeschriebenen Tolerierung liegen, bei einem ungünstigen Zusammentreffen der Teile aber dennoch einen sehr kurzen Einbauraum erge ben. Bei der Serienfertigung von Saugventilen mit Federn mit einer zum schnellen Schließen des Ventils geeigneten Steifigkeit wird es also immer Ventile geben, bei denen die Feder im Schließzustand schon ein ganzes Stück weit zusam mengedrückt ist, so daß sie im geschlossenen Zustand unter einer beachtlichen Spannung steht. Das führt dann zu einer vergleichsweise großen Kraft, die von dem Saugdruck der Pumpe überwunden werden muß, damit das Ventil öffnen kann.Studies have now shown that the delivery rate of a pump is particularly large if the suction valve closes as quickly as possible after passing the reversal point (greater volume speed) of the assigned pump piston, because a quick closing of the push valve brings a significant increase in the delivery volume. The closing speed of a valve depends heavily on the rigidity of the valve spring ( 1 ). The firmer the spring, the higher its so-called spring rate, the faster the valve can close and thus prevent loss of pressure medium against the suction direction when the suction pressure drops. It follows from this that a suction valve spring with high rigidity should be selected taking into account the closing time. The size of the rigidity is limited by the requirement that the Ven til must be able to open the valve at the suction pressure (vacuum) formed in the pump, since otherwise a delivery of the pressure medium is not possible. Even if you choose a suction spring with a sufficiently small stiffness that is still sufficient for the opening of the valve, the problem arises in series production of pumps that for some pumps due to the dimensions of the components that are joined together, the spring for the valve in the closed state Available space in its longitudinal direction is too small, so that the spring can only be installed under considerable preload in the valve. This results from the meeting of the assembled components, all of which are within their prescribed tolerances, but still result in a very short installation space in the event of an unfavorable meeting of the parts. In the series production of suction valves with springs with a stiffness suitable for quickly closing the valve, there will always be valves in which the spring has already been compressed to a considerable extent in the closed state, so that it is under considerable tension in the closed state. This then leads to a comparatively large force that must be overcome by the suction pressure of the pump so that the valve can open.

Die vorliegende Erfindung geht daher aus von einem Ventil der sich aus dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ergebenden Gattung und hat sich zur Aufgabe gestellt, auch für Ventil federn mit für die Öffnung geeigneter hoher Steifigkeit zu erreichen, daß diese mit einer vergleichsweise niedrigen Kraft geöffnet werden können. Die Lösung der gestellten Aufgabe geschieht mittels der sich aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs ergebenden Merkmale. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin in demjenigen Arbeitsbereich der Ventilfedern, in dem jedes Ventil der in Serie herge stellten Ventile sicher öffnet eine kleinere Federsteifig keit vorzusehen, während in demjenigen Bereich, in dem die Feder zu schließen beginnt bzw. schließt, die Federn weit gehend eine große Steifigkeit bzw. Federrate besitzen. Für das Öffnen ist eine kleine Federrate insoweit wichtig, als die Steuerung des Öffnungsdruckes klein gehalten werden soll. Dabei ist es für die effektive Arbeitsweise der Pumpe weniger entscheidend, daß bei dem endgültigen Schließen der Pumpe die Feder eine (für das Öffnen wichtige) kleinere Fe derrate hat, da es für die effektive Arbeitsweise der Pumpe wesentlich auf das schnelle Beschleunigen der Schließele mente während des Beginns des Schließvorgangs ankommt. Sind diese Elemente erst mal in Bewegung gesetzt, so bleibt die Schließgeschwindigkeit aufgrund der Trägheit dieser Elemen te auch dann noch groß, wenn die in Schließrichtung wirken de Federkraft mit einer kleineren Federrate (Steifigkeit) wirkt.The present invention is therefore based on a valve that resulting from the preamble of the main claim Genre and has set itself the task, also for valve spring with high rigidity suitable for opening achieve that with a comparatively low Force can be opened. The solution of the posed Task happens by means of the characteristic of the Features resulting in the main claim. The invention basically consists in that work area the valve springs in which each valve is in series made valves securely opens a smaller spring stiffness ability to provide while in the area where the The spring begins to close or closes, the springs wide have a high degree of rigidity or spring rate. For opening a small spring rate is important insofar as the control of the opening pressure can be kept small should. It is for the effective functioning of the pump less critical that when the final closure of the Pump the spring a smaller Fe (important for opening) derrate because it is essential for the effective functioning of the pump essential to the rapid acceleration of the key arrives during the start of the closing process. are these elements are set in motion, so it stays Closing speed due to the inertia of these elements te even large if they act in the closing direction de spring force with a lower spring rate (stiffness) works.

Die oben aufgeführten Überlegungen sind im Prinzip auch analog auf Druckventile für Pumpen anwendbar. Auch hier wird man für ein schnelles Schließen des Druckventils sor gen, wenn bei Umkehr der Kolbenbewegung der Pumpendruck im Pumpenraum zu sinken beginnt, so daß das zuvor geförderte Druckmittel möglichst wenig in den Pumpenraum zurückströmen kann.In principle, the considerations listed above are also similarly applicable to pressure valves for pumps. Here too you will sor for a quick closing of the pressure valve if, when the piston movement is reversed, the pump pressure in the Pump room begins to sink, so that the previously pumped Flow the pressure medium back into the pump chamber as little as possible can.

Besonders wirksam arbeitet die erfindungsgemäße Feder unter Verwendung der Merkmalskombination nach Anspruch 2, wenn sich die Steifigkeit der Feder bei wachsender auf die Feder ausgeübter Kraft stetig oder progressiv vergrößert. Eine Vereinfachung des Aufbaus der Feder läßt sich dann errei chen, wenn sie nur die gemäß Anspruch 3 zu erfüllenden Merkmale aufweist, wobei die erfindungsgemäßen Vorteile aber immer noch weitgehend erreicht werden. Praktisch kann das bedeuten, daß die Feder gemäß Anspruch 7 aus zwei ein zelnen Federn unterschiedlicher Steifigkeit bzw. Federrate zusammengesetzt ist. Speziell wird man gemäß Anspruch 4 aber nur eine einzige Feder einsetzen, die bei Aufbau als Spiralfeder aus Abschnitten mit unterschiedlicher Steigung und/oder Durchmesser der Windungen zusammengesetzt ist. Ebenso wie bei zwei hintereinanderliegenden Federn mit un terschiedlicher Steifigkeit wird dann erst der Teil der Fe der mit geringer Steifigkeit zu einem Block zusammengescho ben, wobei die erste Feder ein Stückweit zusammengeschoben wurde (wirksame Federrate i Bereich L < L_K = R = 1/(1/R₁ + 1/R₂)), woraufhin nur noch die zweite Feder aufgrund der weiterhin wachsenden Kraft zusammengepreßt werden kann und damit allein einen Beitrag zur Verkleinerung der Federlänge leisten kann. Diese zweite Feder besitzt gegenüber der er sten eine größere Steifigkeit. In der Praxis hat sich eine Ausgestaltung gemäß den Merkmalen nach Anspruch 5 bewährt. Dabei schließen sich zwei weniger steife Federabschnitte an einen steiferen mittleren Federabschnitt an. Dabei können gemäß den Merkmalen nach Anspruch 6 ein oder mehr jeweils am Ende der Feder liegende Windungen zueinander stets auf Block liegen.The spring according to the invention works particularly effectively using the combination of features according to claim 2 if the stiffness of the spring increases continuously or progressively as the force exerted on the spring increases. A simplification of the structure of the spring can be achieved if it only has the features to be fulfilled according to claim 3, but the advantages according to the invention are still largely achieved. Practically, this can mean that the spring according to claim 7 is composed of two individual springs of different stiffness or spring rate. Specifically, however, according to claim 4, only a single spring is used which, when constructed as a spiral spring, is composed of sections with different pitch and / or diameter of the turns. Just as with two successive springs with different stiffness, only the part of the spring with low stiffness is pushed together to form a block, whereby the first spring has been pushed together to a certain extent (effective spring rate i range L <L _K = R = 1 / ( 1 / R ₁ + 1 / R ₂ )), whereupon only the second spring can be compressed due to the increasing force and can therefore only contribute to reducing the spring length. This second spring has a greater stiffness compared to it most. In practice, an embodiment according to the features of claim 5 has proven itself. Two less stiff spring sections adjoin a stiffer middle spring section. According to the features of claim 6, one or more turns at the end of the spring can always lie on one another.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:An embodiment of the invention is described below hand of the drawing explained. It shows:

Fig. 1 eine Feder mit Abschnitten unterschiedlicher Steifigkeit und Fig. 1 is a spring with sections of different stiffness and

Fig. 2 die Steifigkeit dieser Feder in Abhängigkeit von der sich unter Krafteinwirkung ändernden Federlänge. Fig. 2 shows the stiffness of this spring depending on the spring length changing under the action of force.

Fig. 1 zeigt eine Feder 1 mit drei Abschnitten L01, L02 und L03. Dabei sind die Abschnitte L01 und L03 etwa spiegelsym metrisch ausgeführt, während der Abschnitt L02 zwischen den Abschnitten L01 und L03 liegt. Die Abschnitte L01 und L03 haben an ihren Enden zwei auf Block zueinander liegende Endwindungen 2 sowie ungefähr zwei weitere Windungen 3 mit vergleichsweise geringer Steigerung. Der mittlere Abschnitt L02 besitzt etwa drei Windungen 4, die eine größere Stei gung als die Windungen 3 aufweisen. Dementsprechend haben die Abschnitte 1 und 3 eine geringere Steifigkeit als der Abschnitt L02. Dies ist in Fig. 2 verdeutlicht, wo die Fe derlänge der Feder 1 in Abhängigkeit von der auf sie wir kenden Kraft dargestellt ist. Die Feder hat die Gesamtlänge L0 für den Fall, daß keine Kraft auf die Feder wirkt. Be ginnt eine Kraft auf die Feder zu wirken, so ändert sich die Federlänge ausgehend von der Kraft F0 bis hin zu einer Kraft FK linear in Abhängigkeit von der Kraftänderung. Das heißt, das Verhältnis der Längenänderung zur Kraftänderung ist in dem Bereich von F0 bis FK konstant, unabhängig da von, wie weit die Feder schon eingedrückt ist. Man kann dies an der gleichbleibenden Steigung S1 erkennen, die zeigt, daß das Differential zwischen Kraftänderung und Län genänderung zwischen F0 und FK gleich bleibt, also der Quo tient zwischen Längenänderung und zu dieser Längenänderung führender Kraftänderung. Dabei werden alle Federbereiche L01 bis L03 in ihrer Länge verändert, nur daß die weniger steifen Federbereiche L01 und L03 relativ stärker zusammen gedrückt werden als der Abschnitt L02. Ist die Kraft FK er reicht, so sind die Windungen 3 der Abschnitte L01 und L03 auf Block zusammengefahren und es können nur noch die Win dungen 4 des Abschnittes L02 der noch stärker wirkenden Kraft nachgeben. Hierdurch ergibt sich schlagartig eine größere Steifigkeit der Feder, wie aus der geänderten Stei gung S2 zu erkennen ist. Das heißt, es werden für gleiche Längenänderungen nunmehr größere Kräfte benötigt als in dem Bereich zwischen F0 und FK. Die Feder wird somit derart eingesetzt, daß beim Beginn des Schließvorganges des Saug ventils nur der Bereich S2 wirksam ist, während beim Öff nungsvorgang die Steifigkeit S1 wirksam ist. Anders ausge drückt, bei einer verkürzten Einbaulänge infolge ungünsti ger Toleranzen wird das Ventil nicht durch die Steifigkeit S2, sondern durch die Steifigkeit S1 vorgespannt. Fig. 1 shows a spring 1 with three portions L01, L02 and L03. Sections L01 and L03 are approximately mirror-symmetrical, while section L02 lies between sections L01 and L03. The sections L01 and L03 have at their ends two end turns 2 lying on a block to one another and approximately two further turns 3 with a comparatively small increase. The middle section L02 has about three turns 4 , which have a greater slope than the turns 3 . Accordingly, sections 1 and 3 have a lower rigidity than section L02. This is illustrated in Fig. 2, where the Fe derlänge the spring 1 is shown as a function of the force acting on it. The spring has the total length L0 in the event that no force acts on the spring. When a force begins to act on the spring, the spring length changes from the force F0 to a force FK linear depending on the change in force. This means that the ratio of the change in length to the change in force is constant in the range from F0 to FK, regardless of how far the spring has already been pressed in. This can be seen from the constant slope S1, which shows that the differential between change in force and change in length between F0 and FK remains the same, that is, the quotient between change in length and change in force leading to this change in length. All spring areas L01 to L03 are changed in length, only that the less stiff spring areas L01 and L03 are pressed together relatively more strongly than section L02. If the force FK is sufficient, the windings 3 of the sections L01 and L03 are moved together on a block and only the windings 4 of the section L02 can yield to the even more powerful force. This suddenly results in a greater stiffness of the spring, as can be seen from the changed slope S2. This means that larger forces are now required for the same length changes than in the area between F0 and FK. The spring is thus used such that only the area S2 is effective at the beginning of the closing process of the suction valve, while the stiffness S1 is effective during the opening process. In other words, with a shortened installation length due to unfavorable tolerances, the valve is not preloaded by the stiffness S2, but by the stiffness S1.

Claims

1. Spring for a valve, in particular suction valve for a pump of a controlled brake system, characterized in that the length (L) of the spring ( 1 ) does not change proportionally depending on the speed of the force acting on the spring (F).

2. Spring according to claim 1, characterized in that the proportionality factor (S1, S2) between the force acting on the spring and the length of the spring depending on the effective force (F) different.

3. Spring according to claim 1, characterized in that the length of the spring within certain lengths ranges of the spring (L0 to LK, LK to L2) proportional with the force acting on the spring (F0 to FK, FK to F2) changes constantly and the change constant depends on the length range.

4. Spring according to one of the preceding claims, there characterized in that it is a spiral spring with several sections (L01, L02, L03) with difference the slope of the spring winding.

5. Spring according to claim 4, characterized in that it has three sections (L01, L02, L03), of which the first and third sections (L01, L03) with one are wound smaller slope and between the second section located between the two sections (L02) is wound with a larger pitch.

6. Spring according to one of the preceding claims, characterized in that the open end regions of the first and third spring sections (L01, L03) each have approximately two turns ( 2 ) lying on the block in the unloaded state.

7. Spring according to one of the preceding claims, there characterized in that they consist of two in a row arranged individual springs with different ridges ability is formed.