CN106068540B - 电磁阀以及安全相关的气动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尤其用于汽车中安全性相关的气动系统的电磁阀，其具有通过给电绕组(6)通电而在绕组部段上支承绕组(6)的线圈支架的内部通道内相对芯子(13)以及相对第一阀座(2)可轴向调节的衔铁(9)。按照本发明规定，在衔铁(9)内部设置引导通道，与线圈支架(1)一体式构成的引导柱(3)沿轴向伸入所述引导通道中用于在衔铁的轴向调节运动中引导所述衔铁(9)。

Description

电磁阀以及安全相关的气动系统

技术领域

本发明涉及一种电磁阀、尤其用于汽车中与安全相关的气动系统的电磁阀，其具有通过给电绕组通电而在在绕组部段上支承绕组的线圈支架的内部通道内相对芯子以及相对第一阀座可轴向调节的衔铁。此外本发明涉及一种安全相关的气动系统、尤其是用于汽车的气动制动系统、尤其是用于商用车的优选ABS或EBS系统。

背景技术

由DE9300039U1已知一种电磁阀，其可调节的衔铁在其轴向调节运动中在线圈支架的内圆周上引导。DE4139670C2显示了一种备选的电磁阀，其中同样可以实现这种衔铁引导。此外，该文献显示了阀座与线圈支架的一体式的构造。在已知的电磁阀中然而这种需要的实体的衔铁的缺点在于，其具有很大的重量和较高的制造成本。相对芯子的缓冲此外非常耗费地通过定位在衔铁中的弹簧销实现。相对阀座的密封功能通过与弹簧销轴向间隔的密封元件实现。

电磁阀的前述结构形式不能实现用于安全相关的应用，例如不能用于商用车的压力空气制动的ABS或EBS的制动阀，因为其功能优异性不能在所有应用条件中被保证。因此可以在极端情况中、例如由于不期望的过度通电而出现绕组(线圈)的过热，由此线圈支架会减小其内径，所述内径在已知的实施形式定义了相对衔铁的引导缝隙，这会导致衔铁夹紧的危险。这归因于绕组(其施加以相应的缠绕力)负责于线圈支架的塑料在受热时不能或仅以很小程度向外膨胀，而是径向向内挤压，这会导致了前述的线圈支架内径的成问题的减小。

由DE102005039640A1已知一种用于汽车中气动系统的电磁阀，其具有通过对电绕组通电使得在绕组部段上支承绕组的线圈支架的内通道中相对芯子以及相对第一阀座可调节的衔铁。

对于涉及电磁阀的其他现有技术已知有DE102008042731A1、US2010/0252761A1、DE102008060483A1、DE102006055833A1、DE102004001565A1、DE10253769A1和US4341241A。

发明内容

在前述现有技术的基础上本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有用于限定轴向结构长度、在线圈支架的内部通道内可调节的衔铁的电磁阀，其中使得衔铁夹紧的危险最小化，本发明尤其涉及用于汽车中安全性相关的气动系统的电磁阀，尤其用于商用车中。此外所要解决的技术问题在于，提供一种安全性相关的气动系统、尤其是具有至少一个这种电磁阀的制动系统。

所述技术问题通过按照本发明的电磁阀解决，即在衔铁中设置引导通道，其中轴向地插入与线圈支架一体式构成的引导柱用于在衔铁的轴向调节运动时引导衔铁。所述技术问题还通过按照本发明的安全性相关的气动系统解决，所述气动系统具有上述的电磁阀，电磁阀在此设计为ABS制动阀或EBS制动阀。

由至少两个在说明书和/或附图中公开的特征组成的全部组合落入本发明的范围中。

本发明的构思在于，为了避免卡住衔铁并且同时为了在线圈支架的内部通道内至少部分地容纳优选设计为套筒罩或套筒的衔铁，不在其外周面上、或不仅仅如现有技术那样在其外周面上引导衔铁，而是取而代之地实现衔铁内部引导，也即通过轴向引导柱引导(衔铁利用设置在衔铁内的引导通道的具有引导直径的内周面在引导柱外周面上被引导)，其中引导柱为了保证理想的轴平行性并且为了使装配耗费最小化而与线圈支架(绕组支架)一体式构成，并且在轴向上伸入到线圈支架的支承绕组的绕组部段中。换句话说，线圈支架在轴向上延伸超过其配备绕组的绕组部段，用于在径向上更靠内、轴向上回缩的区域中伸入到绕组部段中，并且在绕组部段的内部区域中、在衔铁的轴向调节运动中引导衔铁。由此可行的是，使得在衔铁外径和线圈支架内径(更精确的说是内部通道内径)之间的径向缝隙(空气缝隙)被增大，因此即使内部通道内径减小(由于过热)也不会出现衔铁卡住的危险。所述引导柱自身与绕组的关键发热区域具有足够的径向的间隔，尤其还通过衔铁自身间隔，因此引导柱的外径的可能由温度导致的膨胀比较小，由此在引导柱的外径和衔铁的内周面之间的引导缝隙可以明显更小地实施。这又有利地影响到摩擦磨损并且因此在衔铁卡住的危险最小化的同时保证按照本发明的方案构成的电磁阀的寿命，这非常适合于应用在安全性相关的汽车气动系统中。

所述衔铁优选在引导柱上至少超过衔铁轴向长度的一半地被引导。在需要时，衔铁在轴向的调节运动中作为已实现的衔铁内部引导的补充、在其外周面上在线圈支架上被引导，优选至少部分地、更优选地完全地在轴向上在绕组部段之外被引导。

按照本发明的方案构成的电磁阀可以仅配备一个、亦即第一阀座，并优选是2/2方向阀的结构形式，其中唯一的(第一)阀座然后优选可选地设置在引导柱上，尤其通过与引导柱一体式的构成在引导柱端侧上构成，或对置地在芯子的区域中、要么直接在芯子上构成要么在容纳在芯子中的、优选穿过该芯子的阀座构件上构成。所述具有在引导柱上设置的第一阀座的实施形式特别适用于在未通电状态中闭合的实施形式，有尤其是在衔铁和芯子之间沿轴向设置有复位弹簧的情况下，而具有在芯子的区域中设置的唯一的阀座的实施形式特别适用于在未通电状态中打开的实施形式，同样是在沿轴向在芯子和衔铁之间设置有复位弹簧的情况下。在未通电状态中阀是闭合的这样的实施形式中优选的是，直接配属第一阀座的、引导至供给接口的供给通道优选作为中央通道在衔铁内延伸，并且压力空气通过设置在引导柱的外周面上的通道或者至少一个这种通道被再次排出、或者导向工作接口。

备选地、如前所述还可以实现具有两个阀座的实施形式，即第一阀座和与其轴向间隔的第二阀座，其中阀座之一设置在引导柱上、而另一个阀座设置在芯子区域上，要么直接在芯子上要么在设置在芯子内的阀座构件或阀座元件上。具有第一和第二阀座的实施形式尤其适用于电磁阀设计为3/2换向阀，优选具有在未通电状态中闭合的第一阀座。

按照本发明的电磁阀的另外的主要优点在于，衔铁相对实体材料解决方案明显地降低了重量。原理上可行的是，至少部分套筒状或套筒罩状的衔铁设计为车削件，其中至少优选作为形状相关的钩件通过烧结或冷挤压廉价制造。由此实现的重量减小对于磁体设计、例如绕组的铜组分也是有利的，因为在振动安全性相同时、优选提供的复位弹簧(衔铁在绕组通电时克服其弹簧力地轴向调节)相比可对照的实体材料衔铁的情况可以设计的更软。

在本发明的扩展设计中有利地规定，引导柱这样深地伸入到内部通道中，即引导柱以及优选设置在引导柱上的第一阀座在径向上位于绕组内部。特别优选的是，引导柱在轴向上至少超过绕组或绕组部段的轴向延伸长度的四分之一地伸入到绕组部段中，特别优选地至少超过绕组部段的轴向延伸长度的三分之一，更优选至少近似地以绕组部段的轴向延伸长度的一半，因此在功能性较好并且衔铁可以结构空间优化地安置时、优选在线圈支架内部实现最小的轴向结构长度。

特别符合目的的是，在引导柱的外周面和衔铁的内周面之间的径向引导缝隙小于在衔铁的外周面和线圈支架的内部通道的内周面之间的径向缝隙，用于获得在最小的衔铁卡住倾向方面被优化的阀。

特别符合目的的是，芯子至少部分地设置在线圈支架内部，其中引导柱从绕组部段的背离芯子的端部朝向绕组部段伸入。特别优选的是，在一种实施形式中芯子相对线圈支架在径向上、尤其通过设置在芯子的外周面上的密封环和/或通过设置在线圈支架的内周面上的密封环密封，用于避免在轴向上在线圈支架和芯子之间的区域中的压力空气流出。

原理上可行的是，衔铁直接与第一阀座和必要时与第二阀座配合作用，但是特别优选的是一种实施形式，其中密封功能通过密封元件实现，更优选地通过弹性体，其中更优选地密封元件形状配合地固定在衔铁上，优选通过密封元件穿过尤其在端侧上在衔铁中的贯穿口，并且在两个轴向侧沿径向咬合贯穿口边缘，这例如通过在密封元件上的外周槽实现。尤其对于优选的情况，即密封元件在两个轴向侧贯穿衔铁的贯穿口并且既—根据开关状态—与引导柱、尤其设置在那的阀座也与芯子或可选地设置在芯子内的阀座构件配合作用，密封元件实现了双重功能。

因此密封元件尤其当其设计为弹性体件时朝向两个轴向侧用作优选唯一的减震元件，因此可以取消在现有技术中示出的耗费的弹簧销设计，并且此外具有用于密封第一阀座的密封功能，并且如果存在则用于密封对置的第二阀座。这种电磁阀的有利的实施形式尤其当与线圈支架一体式构成的引导柱沿轴向直至径向地位于绕组部段内地伸入衔铁中可以简单地实现，由此用于与阀座和芯子相互作用的各个相互作用面可以比现有技术更加靠近。由此设计上有利的是实现了密封元件的前述的双重功能。

若要在由DE4139670C2中已知的阀中实现密封和减震的一体化，则其仅能非常耗费地借助通过衔铁的弹性体-完全硫化或通过在衔铁中装配非常长的弹性体构件实现。在这种情况中，单构件的弹性体件的长度位于衔铁长度的尺寸级别中并且通过弹性体典型的在大致130至185×10^-6mm/K的膨胀系数表现出十分之几毫米的热膨胀，尤其在典型的汽车的温度应用范围中，例如在-40℃至125℃之间，包含自身发热。这种膨胀必须保持在衔铁行程内，但是其中在闭合力相同时较大的衔铁行程-设计要求磁体(其在磁通回路中具有更大的铁和铜成分)的过大尺寸，并且因而除了结构空间需求更大之外还可能导致更大的制造成本。

特别优选的是，既与芯子侧又与引导柱侧相互作用的密封元件的轴向延伸长度明显小于衔铁的轴向延伸长度。密封元件的轴向延伸长度优选小于衔铁的轴向延伸长度的50％，更优选小于40％，特别优选地小于30％。发挥双重功能的密封元件的轴向延伸长度优选在轴向衔铁长度的在约10％至30％之间、优选在15％至25％之间的数值范围中选择。

备选地还可以考虑的是，每个阀座配备自身的密封元件或者取消与衔铁分离的密封元件。

通过在密封元件和衔铁之间的有利的按照扩展设计的形状配合的连接，可以取消否则常见的粘接件。尤其当密封元件、优选在芯子侧同时实现止挡减震的功能，则其用于开关噪音的最小化以及通过避免金属的硬的止挡的磨损最小化，并进而提高寿命。

如前所述一种电磁阀的实施形式是特别优选的，其中第一阀座、尤其在端侧布置在引导柱上，尤其通过阀座与引导柱一体式构成。备选地如所述那样可行的是，将第一阀座设置在芯子上或者设置在在芯子内布置的阀座构件上，其中在最后所述的情况中，阀座构件优选同时限定通向阀座的压力空气通道。

对于所述布置的情况、第一阀座在引导柱上构成，则优选的是，在引导柱内部构成优选设计为中央通道的第一流体通道、尤其是压力空气通道，其特别优选地构成供给通道，其由供给接口供给。所述压力空气在第一阀座打开的情况中优选通过至少一个设置在引导柱的外周面上的流体通道、尤其通过导向工作接口的工作通道排出。在将第一阀座设置在芯子上或者在在芯子上设置的阀座元件上的情况中，压力空气通过设置在芯子或阀座构件的内部的通道流向第一阀座或者从第一阀座流出。

前述的在引导柱的外周面上的工作通道优选由在周向上间隔的引导部段或引导区段之间的轴向槽构成，所述引导部段或引导区段限定了优选圆柱形壳轮廓用于在衔铁的内周面上引导优选空心圆柱形衔铁。

在具有两个轴向对置的阀座的实施形式中优选的是，在衔铁内腔之间、优选在至少一个设置在引导柱的外周面上的通道和在芯子中的或在设置在芯子内的阀座构件中的空气通道之间实现空气引导的连接，尤其通过至少一个在衔铁端侧的区域中的轴向的贯穿口实现，因此对于贴靠在第一阀座上的衔铁，在打开的芯子区域侧的第二阀座和衔铁内腔、优选在那连通的圆周侧的在引导柱上的空气通道之间实现空气交换。

在制造技术上特别优选的是，线圈支架和引导柱构造为共同的塑料注塑件，优选具有集成的第一阀座，但是这不是强制的，即当第一阀座设置在芯子的区域中。

在线圈支架和引导柱设计为共同的塑料注塑件时优选的是，塑料注塑件的材料包含使摩擦最小化的混合物，尤其PTFE，优选地用于取消在引导柱的外周面上的用于改善摩擦属性的滑动涂层。由此也可以取消敖贵的衔铁滑动涂层。

特别符合目的的是，衔铁的工作行程通过芯子的轴向调节和接下来的固定可设置和/或被设置，所述固定尤其通过在轴向超出线圈支架的芯子部段与引导磁通的、优选构成阀壳体的金属的磁通引导板的冲压结构来提供。由此可以实现电磁驱动的理想的能效。此外在公差给定的情况下这种装配可以较好地处理。

本发明还涉及一种安全性相关的气动系统，尤其是用于汽车的、优选用于商用车的(气动)制动系统。特别优选地的是，这种安全性相关的系统涉及ABS或EBS制动系统，其中使用按照本发明设计方案构成的电磁阀，其特别优选地负责ABS制动阀或EBS制动阀的功能。通过可靠的设计原理，在安全性相关的气动系统中实现这种安全性相关的电磁阀的适用性。

附图说明

本发明其他优点、特征和细节由以下对优选实施例以及附图的描述得出。在附图中：

图1示出未通电状态中闭合的2/2方向阀的剖视图，

图2示出通过按照图1所示的阀的衔铁引导的横截面视图，

图3示出在未通电状态中打开的实施例变型的2/2方向阀的视图，和

图4示出按照本发明的方案设计的作为3/2方向阀的、具有两个轴向间隔的阀座的电磁阀的可行的实施例。

在附图中相同的元件和具有相同功能的元件标以相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示出在通电时闭合的实施形式中的、作为2/2方向阀的、按照本发明的方案构成的电磁阀的结构形式。可以看到由塑料构成的线圈支架1，其在轴向的绕组部段中支承可通电的绕组6。绕组6的通电通过触针5进行。线圈支架1与引导柱3一体式构成，其从背离芯子13的侧面沿轴向伸入绕组部段中并且在其外周面上实现衔铁引导结构18用于在衔铁内圆周上实现衔铁9的引导(在绕组6通电时)。按照一种优选的变型，衔铁9附加地在其外周面上被引导，也即在衔铁内通道的内周面上引导，引导柱3沿轴向伸入该内通道中。

在绕组6未通电时，衔铁9、更准确的说是形状配合地固定在衔铁9上的、在此弹性的密封元件10(其在衔铁中沿衔铁的内部空间的方向超出贯穿口)与在端侧在引导柱3上构成的第一阀座2配合作用。衔铁9在朝向阀座的方向上借助弹簧11施加力，所述弹簧一方面支承在芯子13上并且另一方面沿轴向对置地支承在衔铁9上。

在绕组6通电时，磁通在芯子内部延伸，然后径向向外地进入磁通引导板12(该磁通引导板12同时发挥磁轭片功能)并且沿相反轴向在磁通引导板12内延伸直到相对附图平面靠下的磁通引导板部段中，所述磁通引导板部段被支承在线圈支架1的周槽中。在那通过相对衔铁9的径向间距，其中磁通继续沿轴向通过衔铁和芯子之间的轴向空气缝隙朝向芯子延伸。

芯子13在此部分地设置在线圈支架1的内通道内，并且相对其借助密封环14密封。沿轴向继续向外，芯子沿轴向通过具有金属磁通引导板12(其具有引导磁通的功能)的冲压结构15紧固。

在绕组6通电时，衔铁9沿轴向朝向芯子13调节，其然后通过密封元件10支承在芯子13上，该密封元件不仅发挥密封功能而且还发挥止挡缓冲功能。

在衔铁引导装置17的区域中的径向引导缝隙小于在衔铁9的外周面和线圈支架的内通道的内周面之间的、在轴向绕组部段的区域中的径向缝隙16(空气缝隙)。

在第一阀座打开时，也就是在绕组6通电时，压力空气通过设计为中央通道的第一流体通道、在此为供给通道(P)轴向地流入衔铁内腔中，并且从此沿相反轴向通过在引导柱3的外周面上构成的第二流体通道4朝向工作接口A流动。显然电磁阀也可以以相反的方向被通流(接口连接图就要相应地改变)。

在装入位置中供给接口相对工作接口通过O形密封环8密封，并且工作接口相对环境通过径向上进一步靠外设置的O形密封环7密封。

在图2中在引导柱3的横截面视图的范围中示出细节视图。可以看到，三个径向突出的引导部段19，其中两个在周向上间隔的引导部段19限定出圆柱形壳轮廓，并且在其间限定出通道4，所述通道在所示实施例中优选用作工作空气通道。

以下描述按照图3所示的实施例，其中为了避免重复基本上只说明与按照之前附图所述的实施例的区别。在共同性方面则引用前述实施例以及附图说明。

在图3中示出按照本发明的方案构成的电磁阀的、在通电时闭合的(常开)结构形式。可以看出的是，第一阀座2不像前述实施例那样在引导柱3上实现，而是与引导柱3对置地在容纳在芯子13中阀座构件20上实现，该阀座构件20同时包含压力空气通道、其在此是供给通道P，而其它通道4在阀座构件20的外周面上实现，通过其它通道4压力空气在第一阀座打开时流出。

在所示实施例中弹簧11也在轴向上位于衔铁9和芯子13之间。如按照图1的实施例那样，在此线圈支架1也在轴向外部、沿径向包围衔铁9，用于然后在轴向上伸入直至引导柱3形式的绕组部段中。

按照图4的电磁阀的实施例除了包含在引导柱3上构成的第一阀座2外还包含第二阀座21，其轴向对置地、在此示范性地直接在芯子13上构成，但是其中在阀座元件(其容纳在芯子13中)上的设置是备选的。

在所示实施例中，当绕组6被通电时衔铁9通过密封元件10与第二阀座配合作用，并且在不通电时通过密封元件10贴靠在第一阀座2上。

在引导柱3的外周面上的通道4或衔铁内腔持久地与第二阀座21的径向相邻区域空气引导地相连，因此在第二阀座21打开时并且因此第一阀座2闭合时、在芯子13中的流体通道23或备选的阀座元件和通道4之间形成流体引导的连接，而在第一阀座打开时，这种连接被切断并且取而代之地在引导柱内的流体通道和所述通道4之间形成流体引导的连接。

由图4可以看出，为通道R配备用于相对环境密封的O形密封环22。

附图标记清单

1 线圈支架

2 第一阀座

3 引导柱

4 通道

5 触针

6 绕组

7 O形密封环

8 O形密封环

9 衔铁

10 密封元件

11 弹簧

12 磁通引导板

13 芯子

14 密封环

15 冲压结构

16 径向缝隙

17 衔铁引导装置(衔铁外部引导装置)

18 衔铁引导装置(衔铁内部引导装置)

19 引导部段

20 阀座构件

21 第二阀座

22 O形密封环

23 流体通道

P 供给通道

A 工作接口

R 通道

Claims (23)

1.一种用于汽车中安全性相关的气动系统的电磁阀，其具有通过给电绕组(6)通电而在在绕组部段上支承绕组(6)的线圈支架的内部通道内相对芯子(13)以及相对第一阀座(2)可轴向调节的衔铁(9)，其特征在于，在衔铁(9)内部设置引导通道，与线圈支架(1)一体式构成的引导柱(3)沿轴向伸入所述引导通道中用于在衔铁的轴向调节运动中引导所述衔铁(9)。

2.按照权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，引导柱(3)在轴向上伸入到绕组部段中。

3.按照权利要求1或2所述的电磁阀，其特征在于，在引导柱(3)的外周面和衔铁(9)的内周面之间的径向的引导缝隙小于在衔铁(9)的外周面和线圈支架(1)的内部通道的内周面之间的径向缝隙。

4.按照权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，芯子(13)至少部分地设置在线圈支架内部，并且引导柱(3)从绕组部段的背离芯子(13)的端部伸入绕组部段。

5.按照权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，衔铁(9)通过密封元件(10)与第一阀座(2)配合作用地设计和布置。

6.按照权利要求5所述的电磁阀，其特征在于，密封元件(10)形状配合地固定在衔铁(9)上。

7.按照权利要求5或6所述的电磁阀，其特征在于，衔铁(9)在被调节为沿轴向远离第一阀座(2)的开关状态中通过所述密封元件(10)支承在与第一阀座(2)对置的构件上。

8.按照权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，第一阀座(2)设置在引导柱(3)上，或者第一阀座(2)设置在芯子(13)上或者设置在布置在芯子(13)内的阀座构件(20)上。

9.按照权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，为第一阀座(2)分配沿轴向在引导柱(3)内部延伸的、设计为中央通道和/或供给通道(P)的第一流体通道，和/或为第一阀座(2)分配设置在引导柱(3)的外周面上的、设计为工作通道(A)的第二流体通道。

10.按照权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，引导柱(3)至少在一个轴向引导部段中具有圆柱形壳轮廓和/或在周向上具有通过轴向的周槽间隔的引导隔板，所述引导隔板在它们之间限定出第二流体通道。

11.按照权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，电磁阀具有在轴向上与第一阀座(2)间隔的第二阀座(21)。

12.按照权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，线圈支架(1)和引导柱(3)设计为共同的塑料注塑件。

13.按照权利要求12所述的电磁阀，其特征在于，塑料注塑件的材料包含使摩擦最小化的混合物。

14.按照权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，衔铁(9)的工作行程通过芯子(13)的轴向调节和固定可设置和/或被设置，所述固定通过在轴向超出线圈支架(1)的芯子部段与引导磁通的、构成阀壳体的金属的磁通引导板(12)的冲压结构来提供。

15.按照权利要求2所述的电磁阀，其特征在于，引导柱(3)在轴向上至少超过绕组(6)的轴向延伸长度的四分之一地伸入到绕组部段中。

16.按照权利要求5所述的电磁阀，其特征在于，所述密封元件(10)设计为弹性体件。

17.按照权利要求6所述的电磁阀，其特征在于，密封元件被保持在衔铁(9)的贯穿口中并且在两个轴向侧上、沿径向咬合贯穿口边缘。

18.按照权利要求8所述的电磁阀，其特征在于，第一阀座(2)在端侧上设置在引导柱(3)上，这通过第一阀座与引导柱(3)一体式构成。

19.按照权利要求9所述的电磁阀，其特征在于，第一流体通道和/或第二流体通道是压力空气通道。

20.按照权利要求11所述的电磁阀，其特征在于，所述第二阀座(21)设置在芯子(13)上的或者与芯子(13)一体式构成。

21.按照权利要求12所述的电磁阀，其特征在于，线圈支架(1)和引导柱(3)具有集成的第一阀座(2)。

22.一种安全性相关的气动系统，其用于汽车，所述气动系统具有按照前述权利要求之一所述的电磁阀，电磁阀在此设计为ABS制动阀或EBS制动阀。

23.按照权利要求22所述的安全性相关的气动系统，其特征在于，安全性相关的气动系统是制动系统。