Title:
Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil mit zwei Ventilschließkörpern (1, 2) nach Art eines Zweistufenventils, wobei zur Freigabe der den Ventilschließkörpern (1, 2) zugeordneten Ventilsitze (7, 13) sowohl der erste als auch der zweite Ventilschließkörper (1, 2) ausschließlich mittels einer Ventilspule elektromagnetisch betätigbar ist.




Inventors:
Courth, Christian (60439, Frankfurt, DE)
Munteanu, Stefan Christian (Temse, BE)
Vermolen, Koen (Boechout, BE)
Mulder, Dirk De (Duffel, BE)
Teughels, Yves (Willebroek, BE)
Wilgenhof, Eddy (Buizingen, BE)
Application Number:
DE102016216293A
Publication Date:
03/01/2018
Filing Date:
08/30/2016
Assignee:
Continental Teves AG & Co. OHG, 60488 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE202008005238U1N/A2008-07-31
DE102005014100A1N/A2006-02-02
DE3636936A1N/A1988-05-05



Foreign References:
73286882008-02-12
200400354722004-02-26
Claims:
1. Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten ersten und einem zweiten Ventilschließkörper, die in koaxialer Anordnung im Ventilgehäuse jeweils einen Ventildurchlass in einem ersten als auch in einem zweiten Ventilsitz zu öffnen oder zu verschließen vermögen, mit einem Magnetanker, der mit dem ersten Ventilschließkörper eine eigenständig handhabbare Baugruppe bildet, die unter der Wirkung einer Rückstellfeder am zweiten, hülsenförmigen Ventilschließkörper anlegbar ist, mit einem Magnetkern im Ventilgehäuse, an dem sich ein von der Baugruppe abgewandtes Federende der Rückstellfeder abstützt, mit einem in das Ventilgehäuse einmündenden Druckmitteleinlass und einem Druckmittelauslass, wobei der erste Ventilschließkörper abhängig von der elektromagnetischen Erregung einer am Ventilgehäuse befestigbaren Ventilspule den im zweiten Ventilschließkörper gelegenen ersten Ventildurchlass zu öffnen vermag, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilschließkörper (2) zur Freigabe des zweiten Ventilsitzes (7) elektromagnetisch betätigbar ist.

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilschließkörper (2) an einem Hubmagneten (10) angebracht ist, der zwischen dem Magnetanker (8) und dem zweiten Ventilsitz (7) am ersten Ventilschließkörper (1) fixiert ist.

3. Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Hubmagneten (10) verbundene zweite Ventilschließkörper (2) mittels der am Ventilgehäuse (3) angebrachten Ventilspule vom zweiten Ventilsitz (7) abhebbar ist.

4. Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubmagnet (10) als Ringmagnet ausgeführt ist, in dessen mittige Öffnung der zweite Ventilschließkörper (2) fixiert ist.

5. Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilschließkörper (2) zur Aufnahme des sich an den ersten Ventilsitz (13) anschließenden Ventildurchlasses (12) als Hohlstößel ausgebildet ist.

6. Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubmagnet (10) in Richtung des Magnetankers (8) trichterförmig erweitert ist, und dass der Magnetanker (8) mit seinem dem Hubmagneten (10) zugewandten Endabschnitt in der trichterförmigen Öffnung des Hubmagneten (10) zumindest abschnittweise nach Art eines Tauchmagneten aufgenommen ist.

7. Elektromagnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt des Magnetankers (8) an die trichterförmige Kontur des Hubmagneten (10) in Form eines Ankerkegels (11) angepasst ist, der an seinem Kegelende den ersten Ventilschließkörper (1) aufnimmt, der gemeinsam mit dem Ankerkegel (11) in der elektromagnetisch nicht erregten Grundstellung unter der Wirkung der Rückstellfeder (17) in die trichterförmige Öffnung des Hubmagneten (10) eintaucht und den im zweiten Ventilschließkörper angeordneten ersten Ventilsitz (13) verschließt.

8. Elektromagnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der trichterförmigen Öffnung des Hubmagneten (10) und dem Ankerkegel (11) ein durch den Magnetfluss einer Ventilspule überbrückbarer Luftspalt (14) vorgesehen ist.

9. Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hubmagneten (10) und dem als Hohlstößel ausgebildeten zweiten Ventilschließkörper (2) ein Längskanal (15) vorgesehen ist, der zwischen einem in das Ventilgehäuse (3) einmündenden Druckmitteleinlass (18) und dem mit den ersten Ventilsitz (13) zusammenwirkenden ersten Ventilschließkörper (1) eine hydraulische Verbindung herstellt.

10. Elektromagnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einer vom ersten Ventilsitz (13) abgehobenen Stellung des ersten Ventilschließkörpers (1) der Längskanal (15) den Druckmitteleinlass (18) über den Ventildurchlass (12) im zweiten Ventilschließkörper (2) mit einem an den zweiten Ventilsitz (7) im Ventilgehäuse (3) angrenzenden Druckmittelauslass (19) verbindet.

11. Elektromagnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Längskanal (15) durch eine in den Innenmantel des Hubmagneten eingefräste Kerbe oder Nut gebildet ist.

12. Elektromagnetventil nach einem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubmagnet (10) aus einem niedriglegierten, weichmagnetischen Stahl hergestellt ist, in dem der aus einem vergüteten, hochlegierten Stahl gefertigte zweite Ventilschließkörper (2) zur präzisen Einstellung eines zwischen dem Magnetanker (8) und dem Hubmagneten (10) vorgesehenen Luftspalts (14) mittels einer Schiebepresspassung einjustiert ist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 10 2005 014 100 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil der angegebenen Art bekannt geworden, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten ersten und einem zweiten Ventilschließkörper, die in koaxialer Anordnung im Ventilgehäuse nach Art eines Zweistufenventils einen ersten als auch einen zweiten Ventildurchlass zu öffnen oder zu verschließen vermögen. Der zweite Ventilschließkörper befindet sich unterhalb des ersten Ventilschließkörpers in einer Führungshülse angeordnet, die innerhalb des Ventilgehäuses fixiert ist. Zwischen dem zweiten Ventilschließkörper und einem an der Führungshülse angeordneten Anschlag ist eine mit Fertigungstoleranzen behaftete Druckfeder eingespannt, die den zweiten Ventilschließkörper in Richtung des ersten Ventilschließkörpers beaufschlagt, um den Ventilschließkörper von seinem Ventilsitz abheben zu können. Zwangsläufig erfordert das Ventil einen entsprechend großen konstruktiven Aufwand.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen, funktionsgerechten Mitteln kostengünstig und klein-bauend auszuführen, weshalb die bisher erforderliche Druckfeder entfallen soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Elektromagnetventil der angegebenen Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im Nachfolgenden aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele hervor.

Es zeigen:

1 eine Gesamtansicht eines Elektromagnetventils im Längsschnitt, dessen zwei Ventilschließkörper zur Freigabe der Ventilsitze ausschließlich elektromagnetisch betätigbar sind,

2 das Elektromagnetventil nach 1 in einer elektromagnetisch erregten Schaltstellung des Magnetankers, in welcher der erste Ventilschließkörper von seinem Ventilsitz abgehoben ist, während der zweite Ventilschließkörper an seinem Ventilsitz verharrt,

3 das Elektromagnetventil nach 1 in einer elektromagnetisch erregten Schaltstellung des mit einem Hubmagneten verbundenen zweiten Ventilschließkörpers, der unter der Wirkung des Hubmagneten von seinem Ventilsitz abgehoben ist.

Die 1 bis 3 zeigen jeweils in einer erheblichen Vergrößerung ein Elektromagnetventil im Längsschnitt mit einem mehrteiligen, im unteren und oberen Gehäusebereich bevorzugt im Tiefziehverfahren jeweils als Hülse 5 dünnwandig ausgeführten Ventilgehäuse 3, dessen mittlerer, besonders dickwandiger Gehäuseabschnitt bevorzugt durch spanlose Umformung als Rohr 4 ausgebildet ist. An dem beispielsweise als Kaltschlagteil hergestellten massiven Rohr 4 schließt sich die obere Hülse 5 an, die von einem stopfenförmigen Magnetkern 16 verschlossen ist. Auch der Magnetkern 16 besteht vorzugsweise aus einem kostengünstigen und hinreichend präzise gefertigten Kaltschlagteil, das mit der Hülse 5 am Außenumfang laserverschweißt ist. Unterhalb des Magnetkerns 16 befindet sich im Ventilgehäuse 3 ein Magnetanker 8, der aus einem Rund- oder Mehrkantprofil durch Kaltschlagen bzw. Fließpressen gleichfalls sehr kostengünstig hergestellt ist.

Abbildungsgemäß verschließt in der Ventilgrundstellung der den ersten Ventilschließkörper 1 aufweisende Magnetanker 8 unter der unmittelbaren Wirkung einer Rückstellfeder 17 den in einem zweiten Ventilschließkörper 2 angeordneten ersten Ventilsitz 13, der die Größe des ersten Ventildurchlasses 12 bestimmt.

Infolge der Wirkung der Rückstellfeder 17 auf den ersten Ventilschließkörper 1 verschließt in der abbildungsgemäßen, elektromagnetisch nicht erregten Ventilgrundstellung der zweite Ventilschließkörper 2 einen in der unteren Hülse 5 des Ventilgehäuses 3 vorgesehenen (zweiten) Ventilsitz 7, der einen (sog. zweiten) Ventildurchlass 6 aufweist, dessen freischaltbarer Durchlassquerschnitt erheblich größer ist als der elektromagnetisch freischaltbare Öffnungsquerschnitt des im zweiten Ventilschließkörper 2 angeordneten (ersten) Ventildurchlasses 12.

In allen abgebildeten Ausführungsbeispielen mündet seitlich in die untere Hülse 5, auf der Höhe des zweiten Ventilschließkörpers 2, wenigstens ein Druckmitteleinlasskanal 18 ein. Unterhalb des zweiten Ventilschließkörpers 2 befindet sich der lotrecht in die untere Hülse 5 einmündende Druckmittelauslass 19 angeordnet. Über die als Horizontalkanäle in der unteren Hülse 5 dargestellten beiden Druckmitteleinlässe 18 setzt sich der durch Pfeile in den 2, 3 dargestellte Druckmittelstrom in Richtung beider Ventilschließkörper 1, 2 fort, so dass einlassseitiges Druckmittel nach Passieren eines Ringfilters 9 auf kürzestem Weg zu den beiden Ventilsitzen 13, 7 gelangt.

Um die Baugröße, das Gewicht und den Materialaufwand möglichst gering zu halten, ist der zweite Ventilschließkörper 2 als Hohlstößel gestaltet, der in Verbindung mit einem im Ventilgehäuse 3 präzise geführten Hubmagneten 10 auf seinen Ventilsitz 7 gerichtet ist. Wie aus den 1 bis 3 deutlich zu entnehmen ist, besteht das Ventilgehäuse 3 aus einem dickwandigen, unterschiedliche Wandstärken aufweisenden Rohr 4 und zwei dünnwandigen Hülsen 5 mit konstanter Wandstärke, zwischen denen das Rohr 4 fixiert ist, wobei in der unteren Hülse 5 der den zweiten, großzügig bemessenen Ventildurchlass 6 aufweisende zweiten Ventilsitz 7 anstelle einer integrierten Bauweise bevorzugt als separates Ringscheibenbauteil fixiert ist.

In den Figuren ist die Rückstellfeder 17 überwiegend im Magnetanker 8 besonders kompakt bauend mittig aufgenommen, wozu der Magnetanker 8 eine an den Durchmesser der Rückstellfeder 17 angepasste Sackbohrung aufweist, an deren Boden sich die Rückstellfeder 17 mit ihrem vom Magnetkern 16 abgewandten Ende abstützt. Der Magnetanker 8 trägt in einer bevorzugten formschlüssigen Verbindung den kugelförmigen ersten Ventilschließkörper 1, der mit dem im zweiten Ventilschließkörper 2 integrierten ersten Ventilsitz 7 zusammenwirkt. An den ersten Ventilsitz 7 schließt sich innerhalb des zweiten Ventilschließkörpers 2 der erste Ventildurchlass 12 unmittelbar an, der in der Regel im Sinne einer Vorsteuerstufe einen gegenüber dem im zweiten Ventilsitz 13 gelegenen zweiten Ventildurchlass 6 einen wesentlich kleineren Öffnungsquerschnitt aufweist.

Um nunmehr auf die Verwendung einer toleranzbehafteten Druckfeder zur Betätigung des zweiten Ventilschließkörpers 2 verzichten zu können, sieht die Erfindung vor, dass der zweite Ventilschließkörper 2 zur Freigabe des zweiten Ventilsitzes 7 ausschließlich elektromagnetisch betätigbar ist, wozu der zweite Ventilschließkörper 2 mit dem Hubmagneten 10 fest verbunden ist, der unmittelbar zwischen dem Schließkopf des zweiten Ventilschließkörpers 2 und dem ersten Ventilschließkörper 1 im Rohr 4 geführt ist.

Der mit dem Hubmagneten 10 verbundene zweite Ventilschließkörper 2 lässt sich somit auf vereinfachte Weise mittels einer gebräuchlichen, sich vom Magnetkern 16 bis zum Rohr 4 erstreckende Ventilspule vom zweiten Ventilsitz 7 abheben, die ohnehin zur Betätigung des Magnetankers 8 erforderlich ist. Auf eine bildliche Darstellung der Ventilspule wurde verzichtet.

Bevorzugt ist der Hubmagnet 10 als Ringmagnet ausgeführt, in dessen mittige Öffnung der zweite Ventilschließkörper 2 auf einfache und dennoch präzise Weise fixiert ist, der zur weiteren Ausbildung des sich an den ersten Ventilsitz 13 anschließenden Ventildurchlasses 12 als Hohlstößel ausgeführt ist.

Zur Miniaturisierung als auch optimalen Ausgestaltung des Magnetkreises ist der Hubmagnet 10 in Richtung des Magnetankers 8 trichterförmig erweitert und der Magnetanker 8 ist mit seinem dem Hubmagneten 10 zugewandten Endabschnitt in der trichterförmigen Öffnung des Hubmagneten 10 zumindest abschnittweise aufgenommen. Hierzu ist der Endabschnitt des Magnetankers 8 an die trichterförmige Kontur des Hubmagneten 10 in Form eines Ankerkegels 11 angepasst, der an seinem Kegelende den ersten Ventilschließkörper 1 aufnimmt, der gemeinsam mit dem Ankerkegel 11 in der elektromagnetisch nicht erregten Grundstellung unter der Wirkung der Rückstellfeder 17 in die trichterförmige Kontur des Hubmagneten 10 eintaucht und damit den im zweiten Ventilschließkörper 2 angeordneten ersten Ventilsitz 13 verschließt.

Zwischen der trichterförmigen Kontur des Hubmagneten 10 und dem Ankerkegel 11 befindet sich ein durch den Magnetfluss der Ventilspule überbrückbarer Luftspalt 14, der infolge der gewählten Trichtergeometrie einen bestmöglichen magnetischen Übergang ermöglicht. Infolge der geometrischen Überdeckung zwischen dem Ankerkegel 11 und dem trichterförmigen Hubmagneten 10 ergibt sich sowohl für das geschlossene Ventil als auch zum Abheben des zweiten Ventilschließkörpers 2 von seinem Ventilsitz 13 eine signifikant hohe magnetische Flussdichte, sobald der zweite Ventilschließkörper 2 hydraulisch druckkompensiert ist.

Sowohl der Magnetanker 8 als auch der Hubmagnet 10 sind mit minimalem Radialspiel im Ventilgehäuse 3 geführt, sodass der magnetische Fluss über einen zwischen dem Rohr 4 und dem Hubmagneten 10 vorgesehenen minimalen Spalt 20 als auch über einen minimalen Spalt 20 zwischen dem Rohr 4 und dem Magnetanker 8 mit vernachlässigbar geringer Verlustleistung übertragen werden kann.

Entsprechend der erläuterten konstruktiven Auslegung des Luftspalts 14 und der Radialspalte 20 lässt sich somit der erforderliche Magnetfluss für den Magnetanker 8 als auch den Hubmagneten 10 optimal für alle Schaltstellungen darstellen.

Weiterhin ist anstelle eines am Außenmantel des Hubmagneten 10 angeordneten Längskanals nunmehr zwischen dem Hubmagneten 10 und dem zweiten Ventilschließkörper 2 wenigstens ein Längskanal 15 vorgesehen, der als eine in den Innenmantel des Hubmagneten 10 gefräste Kerbe oder Nut ausgeführt ist, die mit dem in das Ventilgehäuse 3 einmündenden Druckmitteleinlass 18 permanent verbunden ist. Durch den innenliegenden Längskanal 15 lässt sich der magnetischen Übergang zwischen dem Ventilgehäuse 3 und dem Hubmagneten 10 infolge der Beibehaltung des minimalen Radialspalts 20 deutlich verbessern.

Die 2 zeigt den ersten Ventilschließkörpers 1 in einer vom ersten Ventilsitz 13 abgehobenen Stellung infolge einer durch die Ventilspule initiierten elektromagnetischen Erregung des Magnetankers 8, in welcher der Längskanal 15 über den Ventildurchlass 12 im zweiten Ventilschließkörper 2 den Druckmitteleinlass 18 mit einem an den zweiten Ventilsitz 7 im Ventilgehäuse 3 angrenzenden Druckmittelauslass 19 verbindet, solange der zweite Ventilschließkörper 2 infolge seines hydraulisch nicht druckausgeglichenen Zustands an seinem Ventilsitz 13 verharrt. Die abgebildeten Pfeile sollen hierzu die Flussrichtung des Druckmittels sowie die vollzogene Bewegungsrichtung des Magnetankers 8 und die noch zu vollziehende Bewegungsrichtung des Hubmagneten 10 verdeutlichen.

Wie aus der 3 zu entnehmen ist, hebt erst nach der hydraulischen Druckkompensation der unter dem Einfluss des Magnetkreises stehende Hubmagnet 10 den zweiten Ventilschließkörper 2 von seinem Ventilsitz 13 ab, sodass entsprechend der Pfeildarstellung anschließend eine direkte hydraulische Verbindung zwischen dem Druckmitteleinlass 18 und dem Druckmittelauslass 19 über den geöffneten großen Ventildurchlass 6 auf kürzestem Weg zustande kommt.

Der Hubmagnet 10 ist zur bestmöglichen Ausnutzung der magnetischen Kräfte aus einem niedriglegierten, weichmagnetischen Stahl hergestellt, in dem der aus einem vergüteten, hochlegierten Stahl gefertigte zweite Ventilschließkörper 2 zur präzisen Einstellung des zwischen dem Magnetanker 8 und dem Hubmagneten 10 vorgesehenen Luftspalts 14 mittels einer Schiebepresspassung einjustiert ist.

Bezüglich der aus den 1 bis 3 zu entnehmenden Funktionsweise des abgebildeten Elektromagnetventils ist somit festzustellen:
In der in 1 abgebildeten, elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung nehmen infolge der Schließkraft der Rückstellfeder 17 beide Ventilschließkörper 1, 2 ihre Ventilschließstellungen ein.

Gemäß der 2 verharrt der Magnetanker 8 an den Magnetkern 16 infolge einer durch die Ventilspule elektromagnetisch initiierte Hubbewegung, wodurch sich der erste Ventilschließkörper 1 von dem im zweiten Ventilschließkörper 2 integrierten ersten Ventilsitz 7 entfernt hat, solange der zweite Ventilschließkörper 2 nicht hydraulisch druckausgeglichen ist, sodass der Ventilschließkörper 2 zunächst noch unter der Wirkung einer hydraulischen Druckdifferenz in Schließrichtung beaufschlagt wird und damit am zweiten Ventilsitz 13 ruht. Folglich kann in diesem Zustand ausschließlich über den blendenförmigen Ventildurchlass 12 im ersten Ventilsitz 7 das Druckmittel gedrosselt zum Druckmittelauslass 19 gelangen.

Nach erfolgtem hydraulischem Druckausgleich ist auf verhältnismäßig einfache Weise die Voraussetzung geschaffen, dass auch der zweite Ventilschließkörper 2 durch das auf den Hubmagneten 10 einwirkende Magnetfeld der Ventilspule vom zweiten Ventilsitz 13 abhebt und den drosselfreien großen Querschnitt im zweiten Ventildurchlass 6 öffnet. Die 3 veranschaulicht hierzu die an den Magnetkern 16 herangezogene Endstellung des Hubmagneten 10, an dessen kugelförmigem Ventilschließkörper 1 sich der angehobene zweite Ventilschließkörper 2 mit seinem integrierten Ventilsitz 7 abstützt.

Mit der Beendigung der elektromagnetischen Erregung kehrt sich infolge der Wirkung der Rückstellfeder 17 die Bewegungsrichtung des Magnetankers 8 und des Hubmagneten 10 um, sodass beide Ventilschließkörper 1, 2 wieder analog zu 1 ihre geschlossenen Schaltstellungen an beiden Ventilsitzen 7, 13 einnehmen.

Bezugszeichenliste

1
Ventilschließkörper
2
Ventilschließkörper
3
Ventilgehäuse
4
Rohr
5
Hülse
6
Ventildurchlass
7
Ventilsitz
8
Magnetanker
9
Ringfilter
10
Hubmagnet
11
Ankerkegel
12
Ventildurchlass
13
Ventilsitz
14
Luftspalt
15
Längskanal
16
Magnetkern
17
Rückstellfeder
18
Druckmitteleinlass
19
Druckmittelauslass
20
Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102005014100 A1 [0002]