DE10047399A1 - Elektromagnetventil, insbesondere für hydraulische Bremsanlagen mit Schlupfregelung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Radbremsen, mit einem in einem Ventilgehäuse (3) geführten Ventilstößel (27), der ein Ventilschließglied (4) aufweist, mit einem Ventilschließglied (4) zugewandten Ventilsitzaufnahmekörper (7), der mit dem Ventilgehäuse (3) eine eigenständig handhabbare Unterbaugruppe bildet, sowie mit einem den Ventilstößel (27) betätigenden Magnetanker (13), der mittels einer am Ventilgehäuse (3) angeordneten Ventilspule elektromagnetisch betätigbar ist, wobei eine Rückstellfeder (8) das Ventilschließglied (4) in Richtung der Ventilschließstellung beaufschlagt. DOLLAR A Die Rückstellfeder (8) stützt sich an einem Anschlag (12) ab, der in dem Fügebereich des Ventilsitzaufnahmekörpers (7) mit dem Ventilgehäuse (3) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für hydraulische Bremsanlagen mit Schlupfregelung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige konventionelle, hinreichend bekannte Ventile zur Durchflusssteuerung von Fluiden bei schlupfgeregelten hy­ draulischen Bremsanlagen finden vielfältige praktische Ver­ wendung.

Es sind bereits Elektromagnetventile des in Grundstellung geschlossenen Typs bekannt geworden, wozu beispielhaft auf die DE 197 27 654 A1 verwiesen wird. Abweichend von dem be­ reits geschilderten, in Grundstellung geöffneten Ventil bil­ det bei dem in Grundstellung geschlossenen Ventil der aus dem Vollen gefertigte Ventilstößel eine im wesentlichen ei­ genständig handhabbare Unterbaugruppe mit dem Magnetanker, die mittels einer sich in einem Magnetkern abstützenden Druckfeder auf den Ventilsitz gerichtet ist und diesen in der besagten Grundstellung verschlossen hält.

Nachteilig anzusehen ist bei dem beschriebenen Elektroma­ gnetventil der relativ große Fertigungsaufwand, der sowohl zur Herstellung der Ventileinzelheiten als auch zur Herstel­ lung und zum Einsatz einer funktionsfähigen Gesamtbaugruppe in einem Ventilträger erforderlich ist.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der in Grundstellung geschlossenen Aus­ führung dahingehend zu verbessern, dass bei gleichzeitiger Gewährleistung der Funktionssicherheit und Einhaltung eines relativ einfachen, miniaturisierten Aufbaus eine maßgebliche Reduzierung des Herstellaufwandes erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese gestellte Aufgabe für ein Elek­ tromagnetventil der eingangs genannten Art durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen aufgezeigten Maßnahmen sind zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung angegeben, die im Zu­ sammenhang mit den weiteren Merkmalen und Vorteilen der Er­ findung nachfolgend anhand mehrerer Zeichnungen näher darge­ stellt und erläutert werden.

Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 ein in Grundstellung geschlossenes Elektromagnet­ ventil in einer Längsschnittdarstellung,

Fig. 2 eine Ausgestaltungsvariante der in Fig. 1 gezeig­ ten Magnetanker- und Ventilschließgliedverbindung,

Fig. 3 eine konstruktive Abwandlung des Elektromagnetven­ tils nach Fig. 1,

Fig. 4 eine weitere alternative Ausführungsform des Elek­ tromagnetventils nach Fig. 1,

Fig. 4a eine Draufsicht auf die im Elektromagnetventil nach Fig. 3 verwendete Federscheibe,

Fig. 5a-d die Montage- und Einstellschritte für das aus Fig. 2 bekannte Elektromagnetventil.

Nachfolgend sollen nunmehr die Einzelheiten der Erfindung anhand eines in Grundstellung normalerweise geschlossenen Elektromagnetventils nach Fig. 1 explizit erläutert werden. Im Anschluss an diese Erläuterung werden mögliche Bauteilva­ rianten des Elektromagnetventils anhand den Fig. 2 bis 5 erläutert.

Das Elektromagnetventil nach Fig. 1 zeigt einen vorzugsweise als Kaltfließpressteil gefertigten Magnetanker 13, gleich­ falls einen vorzugsweise aus einem Kaltfließpressteil gefer­ tigten Magnetkern 25 und einen topfförmigen, dünnwandigen Ventilsitzaufnahmekörper 7, der am Ventilgehäuse 3 befestigt ist. Die dünnwandigen Bauteile werden zweckmäßigerweise als Tiefziehteile oder ggf. auch als Rundknetteile hergestellt. Im einzelnen zeigt hierzu die Fig. 1 ein hülsenförmiges, als Tiefziehteil ausgebildetes Ventilgehäuse 3, dessen beide En­ dabschnitte Führungsflächen 3a, 3b haben, die auf der einen Seite von dem stopfenförmigen Magnetkern 25 und auf der an­ deren Seite von dem topfförmigen Ventilsitzaufnahmekörper 7 begrenzt werden. Beide am hülsenförmigen Ventilgehäuse 3 an­ gebrachten Teile 25, 7 sind vorzugsweise mittels einer Schweißverbindung 21 dauerhaft befestigt. Innerhalb dieser vorbeschriebenen Teile befinden sich ein Magnetanker 13, der an seiner Mantelfläche mit einer Druckausgleichsnut 9 verse­ hen ist, um einen ungehinderten hydraulischen Druckausgleich in den Hohlräumen 15, 16 zu gewährleisten. Die Funktion der Druckausgleichsnut 9 kann auch durch das Kaltfließpressen bzw. das Kaltschlagen eines Kantprofils am Magnetanker 13 realisiert werden.

Für die Kaltfließpressteile eignet sich besonders ein Werk­ stoff mit der Kennzeichnung X8CR17 oder alternativ dazu ein Werkstoff gemäß der Kennzeichnung X6CR17. Das hülsenförmige Ventilgehäuse 3 besteht vorzugsweise aus einem austeniti­ schem Stahl gemäß der Klassifikation 1.43.03. Gleicher Werk­ stoff gelangt zur Anwendung für den topfförmigen Ventil­ sitzaufnahmekörper 7.

Das Elektromagnetventil nach Fig. 1 ist unmittelbar mit dem Rand 20 des topfförmigen Ventilsitzaufnahmekörpers 7 mittels einer Außenverstemmung 17 im vorzugsweise blockförmigen Ven­ tilträger 6 befestigt. Der Rand 20 dient, wie im späteren noch erläutert wird, gleichfalls zur Aufnahme von Montage­ kräften während des Zusammenbaus der Ventilteile.

Der Topf des Ventilsitzaufnahmekörpers 7 weist radial als auch axial den Ventilaufnahmekörper 7 durchdringende Bohrun­ gen 28 auf, wobei die in Ventillängsachse angeordnete Boh­ rung 28 entweder unmittelbar eine im Prägeverfahren herge­ stellte Ventilsitzfläche für das Ventilschließglied 4 bil­ det, oder abbildungsgemäß in einem in den Ventilaufnahmekör­ per 7 eingepressten Ventilsitzkörper 1 als Ventilsitzöffnung 33 eingebracht ist. Die quer den Ventilsitzaufnahmekörper 7 durchdringende Bohrung 28 ist in der Regel als Blendenboh­ rung ausgeführt, die in der offenen Ventilschaltstellung ei­ ne Druckmittelverbindung zwischen den unterhalb und oberhalb des Ventilschließgliedes 4 im Ventilträger 6 gelegenen Kanä­ len 5, 10 herstellt.

Als Ventilschließglied 4 wird ein in eine Sackbohrung des Magnetankers 13 mittig eingepresster Ventilstößel 27 verwendet, der unter der Wirkung eines zwischen einem scheibenför­ migen Anschlag 12 und einer Anlagefläche des Stößelkopfs 22 eingespannten Rückstellfeder 8 in der geschlossenen Ventil­ grundstellung an der Ventilsitzfläche des hülsenförmigen Ventilsitzkörpers 1 anliegt. Der Anschlag 12 ist kappenför­ mig gestaltet und stützt sich mit seinem Außenrand am radial nach innen abgekröpften offenen Ende des hülsenförmigen Ven­ tilgehäuses 3 ab, das mit dem offenen Ende den Außenrand am Anschlag 12 gegen eine Kröpfung am Ventilaufnahmekörper 7 drückt. Durch ein Loch 31 im Boden des Anschlags 12 er­ streckt sich der schmale Ventilstößel 27 in den Magnetanker 13. Der vom schmalen Stößelabschnitt abgewandte Stößelkopf 22 ist im wesentlichen in Richtung auf den Ventilsitzkörper 1 kegelförmig verjüngt, während der Stößelkopf 22 im Bereich seiner maximalen radialen Erstreckung am Innendurchmesser des Ventilsitzaufnahmekörpers 7 angepreßt ist, um sowohl ei­ ne Zentner- als auch Flüssigkeitsfortpflanzungsfunktionzu ermöglichen. Der Stößelkopf 22 besitzt hierzu im Bereich der radialen Erstreckung am Kopfumfang verteilte Längsnuten 14 zwischen mehreren Führungsflächen 30, durch die in der Ven­ tiloffenstellung das vom Kanal 5 kommende Druckmittel über die Ventilhohlräume zum Kanal 10 im Aufnahmekörper 6 gelan­ gen kann. Gleichzeitig stützt sich der Stößelkopf 22 während des Ventilhubs auf Höhe der Längsnuten 14 mit seinen Füh­ rungsflächen 30 an der Innenwandung des Ventilaufnahmekör­ pers 7 ab, so dass durch die koaxiale Anordnung des Ventil­ sitzkörpers 1 im Topfboden des Ventilsitzaufnahmekörpers 7 eine sichere, verschleißfreie Zentrierung des Ventilschließ­ gliedes 4 gewährleistet ist.

Der erläuterte Ventilaufbau erlaubt u. a. auch anstelle der bisherigen Verwendung von metallischen Werkstoffen die Ver­ wendung von Kunststoffmaterialien, z. B. von Polyether-Ether- Keton (PEEK) für das Ventilschließglied 4. Durch die Verwen­ dung von Kunststoffen ergibt sich nicht nur ein fertigungs­ technischer Vorteil, sondern gleichzeitig eine Reduzierung der innerhalb des Elektromagnetventils zu bewegenden Massen bei gleichzeitiger Reduzierung des Aufschlaggeräusches wäh­ rend der Schließbewegung des Ventilschließgliedes 4.

Die Abdichtung des topfförmigen Ventilsitzaufnahmekörpers 7 in eine Stufenbohrung des Ventilträgers 6 geschieht mittels eines zwischen dem Ventilsitzaufnahmekörpers 7 und dem Ven­ tilträger 6 angeordneten Filtertopf 11. Ein Ringfilter 29 erstreckt sich auf Höhe des Kanals 10 entlang dem Ventil­ sitzaufnahmekörper 7. Das Elektromagnetventil ist nach außen hin lediglich über eine einfache Außenverstemmung 17 im Ven­ tilträger 6 abgedichtet und sicher befestigt, während die durch den Filtertopf 11 gegebene untere Abdichtung im Ven­ tilträger 6 einen Kurzschlussstrom zwischen dem unterhalb des Ventilschließgliedes 4 in den Ventilträger 6 einmünden­ den Kanal 5 und dem auf Höhe des Ringfilters 29 gelegenen Querkanal (Kanal 10) verhindert.

Der Magnetkern 25 ist in Form eines Stopfens in den offenen Bereich des hülsenförmigen Ventilgehäuses 3 eingepresst und nach den erforderlichen Einstellmaßnahmen mittels einer Schweißnaht 21 dauerhaft fixiert. Durch entsprechende konka­ ve oder auch konvexe Flächengestaltung zwischen dem Magnet­ kern 25 und dem Magnetanker 13 wird das sog. Magnetankerkle­ ben verhindert. Alle beschriebenen Teile befinden sich in einer koaxialen Lage zueinander, was generell auch auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele zutrifft.

Im nachfolgenden sollen nunmehr auf der Grundlage der Dar­ stellung nach Fig. 1 abweichende Detaillösungen beschrieben werden, die Alternativen oder Ergänzungen zu der ausführlich erläuterten Ventildarstellung nach Fig. 1 sind.

Die Fig. 2 zeigt basierend auf dem Elektromagnetventil nach Fig. 1 eine Detailvariante zur Ausführung des Ventilschließ­ gliedes 4, dessen stößelförmiger Abschnitt nunmehr ein homo­ genes Bestandteil des Magnetankers 13 ist. Der stößelförmige Abschnitt am Magnetanker 13 erstreckt sich durch ein als An­ schlag 12 für die Rückstellfeder 8 ausgebildetes Ende des Ventilgehäuses 3 bis in den Stößelkopf 22 und bildet mit diesem eine Steckverbindung. Durch die erwähnte Ausformung des Ventilgehäuses 3 zu einem Federanschlag kann auf die se­ parate Anordnung des aus Fig. 1 bekannten Anschlags 12 ver­ zichtet werden. Ansonsten entsprechen die aus Fig. 2 er­ sichtlichen Details den aus Fig. 1 bekannten Merkmalen.

Die Fig. 3 zeigt abweichend gegenüber Fig. 2 ein besonders schlankes Ventilschließglied 4, das entweder aus Kunststoff oder Metall gefertigt ist. Ähnlich wie in Fig. 1 erstreckt sich der stößelförmige Fortsatz am Ventilschließglied 4 in eine konzentrische Bohrung des Magnetankers 13, die als Durchgangsbohrung ausgeführt ist. Dem bereits erläuterten Stößelkopf 22 folgt ein im wesentlichen im Kernmaß beibehal­ tener Schaftabschnitt, dessen Übergangsbereich zum stößel­ förmigen Fortsatz an der Stirnfläche des Magnetankers 13 zur Anlage gelangt. Zur Fertigungsvereinfachung ist in Fig. 3 der Ventilsitz durch ein Prägeverfahren unmittelbar in den Boden des Ventilaufnahmekörpers 7 eingelassen, so dass die Anordnung eines separaten Ventilsitzkörpers entfällt. Auf die Verwendung eines Ringfilters 29 im Bereich des Kanals 10 wurde verzichtet, so dass lediglich stromaufwärts im Venti­ laufnahmekörper 7 ein in einem Filtertopf 11 eingespritzter Plattenfilter 23 verwendet wird. Zur Abdichtung des Ventilaufnahmekörpers 7 in der gestuften Aufnahmebohrung 18 be­ findet sich ein unter axialer Anpresskraft (Verstemmkraft) verformter O-Ring 24 zwischen der Stufe der Aufnahmebohrung 18 und dem Gehäuseabsatz des Ventilaufnahmekörpers 7.

Abweichend von der Ausführungsform nach Fig. 3 wird in Fig. 4 ein Elektromagnetventil vorgestellt, an dessen Ventilstö­ ßelmantel sich eine Federscheibe 26 mit ihrem Innenrand ab­ stützt, die oberhalb des scheiben- bzw. plattenförmigen An­ schlags 12 mit ihrem Außenrand an einer Innenkante des Ven­ tilgehäuses 3 anliegt. Zur Abstützung der Federscheibe 26 ist der Fortsatz am Ventilstößel 27 mit einer Stufe verse­ hen, die sich in einem Abstand zum Magnetanker 13 befindet. Mit der elektromagnetischen Erregung des Magnetankers 13 hebt zwangsläufig das Ventilschließglied 4 gegen die Kräfte der Rückstellfeder 8 und der Federscheibe 26 vom Ventilsitz 1 ab, wobei durch eine progressive Federkennlinie der Feder­ scheibe 26 eine Linearisierung der erforderlichen Ventilver­ stellkraft möglich ist. Dies hat den Vorteil, dass sich über die eigentliche Auslegung des Elektromagnetventils als Zwei­ stellungsventil hinaus eine regelungstechnisch vereinfachte Funktionserweiterung zu einem analog, d. h. proportional be­ tätigbaren Elektromagnetventils ergibt. Überdies begünstigt die Federscheibe 26 nach Abschluss der elektromagnetischen Erregung eine möglichst schnelle Rückstellung des Ventil­ schließgliedes 4 in seine Schließstellung. Eine vergleichba­ re Wirkung wäre auch durch die Ausführung der Federscheibe 26 als Tellerfeder oder Tellerfederpaket möglich.

Die Fig. 4a zeigt eine Draufsicht auf die nach Fig. 4 bevor­ zugte Federscheibe 26, die einen im wesentlichen rechteck­ förmigen Grundriss, ähnlich einer Blattfeder, aufweist, in deren Mitte eine Öffnung 36 zur Hindurchführung des Ventilstößels 27 beiträgt. Die beiden diametralen Endabschnitte der Federscheibe 26 sind mit Radien versehen, die an die In­ nenkontur des hülsenförmigen Ventilgehäuses 3 angepasst sind.

Nachfolgend werden anhand den Fig. 5a-5d die erforderli­ chen Montage- und Einstellschritte für ein im wesentlichen auf der Darstellung nach Fig. 2 beruhendes Elektromagnetven­ til erläutert.

Hierzu zeigt zunächst die Fig. 5a die Montageschritte für ein in einer Vorrichtung 32 aufgenommenes Ventilschließglied 4, auf das zunächst die Rückstellfeder 8, danach der schei­ benförmige Anschlag 12 und schließlich der Magnetanker 13 aufgesetzt werden.

Diese vormontierte Baugruppe wird sodann gemäß der Abbildung nach Fig. 5b in das nachfolgend vom Ventilsitzaufnahmekörper 7 zu verschließende hülsenförmige Ventilgehäuse 3 eingescho­ ben. Auch in dieser Darstellung wird wie in Fig. 5a auf eine automatengerechte Vorrichtung 32 zur Montage zurückgegrif­ fen, in der das Ventilgehäuse 3 sicher fixiert ist.

Im nächsten Montageschritt nach Fig. 5c wird mit einem hül­ senförmigen Werkzeug 34 der topfförmige Ventilsitzaufnahme­ körper 7 über den Außenrand (Führungsfläche 3b) des Ventil­ gehäuses 3 geschoben. Dabei gelangt die im Topfboden des Ventilsitzaufnahmekörpers 7 integrierte Ventilsitzfläche zur Anlage am federbelasteten Ventilschließglied 4, so dass vor­ teilhaft durch das Einführen einer Federkraftmessspitze 35 in die Ventilsitzöffnung 33 die gerade auf das Ventil­ schließglied 4 wirksame Federkraft der Rückstellfeder 8 überwacht werden kann. Durch die Transversalbewegung des Werkzeugs 34 wird eine exakte Justierung der Ventilöffnungs­ kraft möglich. Erst wenn diese Justierung abgeschlossen ist, erfolgt die in Fig. 5c gezeigte Schweißverbindung 21 des Ventilsitzaufnahmekörpers 7 mit dem Ventilgehäuse 3 im Be­ reich der Führungsfläche 3b.

Schließlich ist noch gemäß der Abbildung nach Fig. 5d die korrekte Hubeinstellung des Ventilschließgliedes 4 zu voll­ ziehen, wozu ähnlich wie bei den bereits zuvor erwähnten Montagemaßnahmen des komplettierte Ventilgehäuse 3 der Ven­ tilsitzaufnahmekörper 7 in dem bereits erwähnten Werkzeug 34 gehalten wird. Das Werkzeug 34 nimmt die auf den Magnetkern 25 während der Einpressoperation in das Ventilgehäuse 3 ein­ geleitete Montagekraft auf, wobei zur exakten Hubeinstellung entweder von unten in die Ventilsitzöffnung 33 ein Messdorn eingefügt wird, der das Ventilschließglied 4 in der ge­ wünschten Offenstellung positioniert, oder das Elektroma­ gnetventil wird mit einem kalibrierten Luftdurchsatz beauf­ schlagt, der dem vom Ventilhub proportionalen Druckmittel­ durchsatz repräsentativ ist. Die abgebildete Schweißverbin­ dung 21 sichert schließlich den Magnetkern 25 im Ventilge­ häuse 3 nach korrekter Hubeinstellung in seiner endgültigen Position.

Als vorteilhafte Konstruktionseffekte erweisen sich für die Montage und Einstellmaßnahmen des Elektromagnetventils u. a. der Bund zur Aufnahme der Rückstellfeder 8 am Ventilschließ­ glied 4, die Verwendung eines gestuften Ventilgehäuses 3 und der Rand 20 am Ventilsitzaufnahmekörper 7. Diese Körperkon­ turen erfüllen bereits während der Montage der Einzelteile wesentliche Aufgaben, die u. a. die Aufnahme der axialen Mon­ tage- und Einstellkräfte betreffen.

Bezugszeichenliste

1

Ventilsitz

2

Einstellstift

3

Ventilgehäuse

4

Ventilschließglied

5

Kanal

6

Ventilträger

7

Ventilsitzaufnahmekörper

8

Rückstellfeder

9

Druckausgleichsnut

10

Kanal

11

Filtertopf

12

Anschlag

13

Magnetanker

14

Längsnut

15

Hohlraum

16

Hohlraum

17

Verstemmung

18

Aufnahmebohrung

19

Stufe

20

Rand

21

Schweißverbindung

22

Stößelkopf

23

Plattenfilter

24

O-Ring

25

Magnetkern

26

Federscheibe

27

Ventilstößel

28

Bohrung

29

Ringfilter

30

Führungsfläche

31

Loch

32

Vorrichtung

33

Ventilsitzöffnung

34

Werkzeug

35

Federkraftmessspitze

36

Öffnung

Claims (7)

1. Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Radbremsen, mit einem in einem Ventilgehäuse (3) geführ­ ten Ventilstößel (27), der ein Ventilschließglied (4) aufweist, mit einem dem Ventilschließglied (4) zugewand­ ten Ventilsitzaufnahmekörper (7), der mit dem Ventilge­ häuse (3) eine eigenständig handhabbare Unterbaugruppe bildet, sowie mit einem den Ventilstößel (27) betätigen­ den Magnetanker (13), der mittels einer am Ventilgehäuse (3) angeordneten Ventilspule elektromagnetisch betätig­ bar ist, wobei eine Rückstellfeder (8) das Ventil­ schließglied (4) in Richtung der Ventilschließstellung beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rückstellfeder (8) an einem Anschlag (12) abstützt, der in der Nähe des Fügebereichs des Ventilsitzaufnahmekör­ pers (7) mit dem Ventilgehäuse (3) angeordnet ist.

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Anschlag (12) durch Stanzen, Tiefzie­ hen oder Pressen von Dünnblech hergestellt ist.

3. Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Anschlag (12) ein homogenes Be­ standteil des Ventilgehäuses (3) ist.

4. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (12) ein mittiges Loch (31) zur Hindurchführung des Ven­ tilstößels (27) aufweist, der entweder aus einem Kunst­ stoff oder Stahl besteht.

5. Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich am Ventilstößel (27) das mit Längs­ nuten (14) und Führungsflächen (30) versehene, kegelför­ mige Ventilschließglied (4) anschließt, das sich über die Führungsflächen (30) an der Innenwandung des Ventil­ sitzaufnahmekörpers (7) abstützt.

6. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Stufe des Ventilstößels (27) und dem Ventilgehäuse (3) eine Federscheibe (26) eingespannt ist, die einen nicht linearen, vorzugsweise progressiven Kennlinienverlauf aufweist.

7. . Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Anschlag (12) durch Spritzgießen von Kunststoff hergestellt ist.