DE10151808A1 - Elektromagnetventil, insbesondere für hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen - Google Patents

Elektromagnetventil, insbesondere für hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, das als elektromagnetisch stromlos geschlossenes Zweistufenventil ausgeführt ist, mit einer über den Ventilstößel 10 elektromagnetisch betätigten Drossel- bzw. Vorsteuerstufe (erster Druckmitteldurchgang 4) und einer drosselfreien Hauptstufe (zweiter Druckmitteldurchgang 5), die durch die zweite Druckfeder 2 mechanisch zu öffnen ist, sobald sich bei geöffneter Vorsteuerstufe ein hydraulischer Druckausgleich am Ventilkolben 3 einstellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen, nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 197 44 317 C2 ist bereits ein Elektromagnetventil der gattungsbildenden Art bekannt, dessen erster Druckmit­ teldurchgang von einer federbelasteten Kugel in einem Ven­ tilkolben verschlossen ist. Die Kugel wird zur Freigabe des ersten Druckmitteldurchgangs von einem abgesetzten Ven­ tilstößel betätigt, dessen Absatz sich mit zunehmendem Stö­ ßelhub dem Ventilkolben nähert, so daß der Durchfluß zwi­ schen dem Absatz am Ventilstößel und dem Ventilkolben ge­ drosselt wird. Gelangt der Ventilstößel infolge der elektro­ magnetischen Betätigung mit seinem Absatz zur Anlage am Ven­ tilkolben, so hebt der Ventilkolben entgegen der Wirkung ei­ ner Druckfeder von seinem Ventilsitz im Ventilgehäuse ab, wodurch ein zweiter Druckmitteldurchgang freigegeben wird. Der Ventilkolben läßt sich zwangsläufig nur elektromagne­ tisch betätigen, so daß bei unzureichender elektromagneti­ scher Erregung der Ventilstößel den zweiten Druckmittel­ durchgang nicht öffnet. Nachteilig sind auch die konstruktiv bedingten Drosseleffekte im Bereich der beiden Druckmittel­ durchlässe, die besonders durch die Strömungsumlenkung über die radial in das Ventilgehäuse einmündenden Einlaßkanäle und die widerstandsreichen Hydraulikwege innerhalb und au­ ßerhalb des Ventilkolbens zustande kommen.
Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Elektromagnet­ ventil der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß vorgenannte Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetven­ til der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale, Vorteile und zweckmäßige Ausgestaltungs­ varianten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor und werden im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläu­ tert.
Die Fig. 1 zeigt ein Elektromagnetventil, das insbesondere für hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen mit Radschlupfre­ gelung geeignet ist. Das Elektromagnetventil weist ein aus Dreh- und Tiefziehteilen bestehendes Ventilgehäuse 13 auf, in dem ein mit einem Magnetanker 12 verbundener Ventilstößel 10 auf ein kugelförmiges Ventilschließglied 6 gerichtet ist, das in einem topfförmigen Ventilkolben 3 positioniert ist.
Das im Ventilkolben 3 angeordnete Ventilschließglied 6 ver­ sperrt in seiner Grundstellung einen entlang der Innenwand des Ventilkolben 3 geführten Strömungsweg zu einem ersten Druckmitteldurchgang 4. Ein zwischen dem Ventilgehäuse 13 und dem Ventilkolben 3 angeordneter zweiter Druckmittel­ durchgang 5 ist durch den an einer Bohrungsstufe 19 im Ven­ tilgehäuses 13 normalerweise anliegenden Ventilkolben 3 in der Grundstellung gleichfalls verschlossen.
Zur Positionierung des Ventilschließgliedes 6 und des Ven­ tilkolbens 3 in der abbildungsgemäßen Ruheposition, in der die beiden Druckmitteldurchgänge 4, 5 verschlossen sind, ist eine in den Ventilkolben 3 ragende erste Druckfeder 1 vorge­ sehen, die sich am kugelförmigen Ventilschließglied 6 mit ihrem einen Federende abstützt, so daß zwangsläufig über das am Ventilkolben 3 anliegende Ventilschließglied 6 auch der Ventilkolben 3 gegen die Bohrungsstufe druckmitteldicht ge­ preßt ist. Das andere Federende der ersten Druckfeder 1 stützt sich an einem am unteren Ende des Ventilgehäuses 13 befestigten Federanschlag 16 ab. Zwischen dem Federanschlag 16 und dem Ventilgehäuse 13 verbleibt ein großzügig bemesse­ ner Zwischenraum zur umlenkungsarmen Einleitung des vom Ein­ laßkanal 17 kommenden Druckmittels in Richtung der beiden Druckmitteldurchgänge 4, 5.
Die zweite Druckfeder 2, die parallel zur ersten Druckfeder 1 am Außenumfang des Ventilkolbens 3 selbstzentrierend ange­ ordnet ist, wirkt in entgegengesetzter Richtung zur ersten Druckfeder 1 öffnend auf den Ventilkolben 3. Die gegenüber der ersten Druckfeder 1 relativ weiche zweite Druckfeder 2 bewirkt, daß der Ventilkolben 3 den zwischen der Bohrungs­ stufe 19 im Ventilgehäuse 13 und der Außenkontur des Ventil­ kolbens 3 vorgesehene zweite Druckmitteldurchgang 5 dann freigibt, wenn das Ventilschließglied 6 durch das Eintauchen des schlanken Ventilstößels 10 in die Bohrung des Ventilkol­ bens 3 von seinem Ventilsitz 7 abgehoben ist. Hierdurch pflanzt sich nämlich zunächst der unterhalb des Ventil­ schließgliedes 6 anstehende hydraulische Eingangsdruck über den ersten Druckmitteldurchgang 4 auf die Oberseite des Ven­ tilkolbens 3 fort, wodurch sich ein hydraulischer Druckaus­ gleich am Ventilkolben 3 einstellt. Dieser hydraulische Druckausgleich ist die Voraussetzung dafür, daß schließlich der Ventilkolben 3 unter der Wirkung der zweiten Druckfeder 2 von der Bohrungsstufe 19 abhebt, so daß sich der Ventil­ kolben 3 gleichsinnig zum elektromagnetisch initiierten Be­ tätigungshub des Ventilstößels 10 nach unten bewegt. Folg­ lich gibt der Ventilkolben 3 den drosselfreien, groß dimen­ sionierten zweiten Druckmitteldurchgang 5 in Richtung der Auslaßkanäle 20 im Ventilgehäuse 13 ohne eine weitere elek­ tromagnetische Betätigung des Ventilstößels 10 frei. Mit der Abwärtsbewegung des Ventilkolbens 3 nähert sich der Boden des Ventilkolbens 3 wieder allmählich dem vom Ventilstößel 10 aufgestoßenen Ventilschließglied 6, was allerdings auf­ grund der Freigabe des großvolumigen zweiten Druckmittel­ durchgangs 5 keinen negativen Einfluß auf die gewünschte Funktion des Elektromagnetventils ausübt.
Sobald die elektromagnetische Wirkung der Ventilspule 22 auf den Magnetanker 12 durch das Abschalten des Ventilspulen­ stroms unterbrochen ist, entfernt sich der Ventilstößel 10 mittels einer zwischen dem Magnetanker 12 und dem Kernab­ schnitt des Ventilgehäuses 13 angeordnete dritte Druckfeder 11 vom Ventilschließglied 6 in Richtung der abbildungsgemä­ ßen Ausgangsstellung, so daß der Ventilkolben 3 unter der Wirkung der ersten Druckfeder 1 wieder den zweiten Druckmit­ teldurchgang 5 versperrt.
Die erste und die zweite Druckfeder 1, 2 sind koaxial zuein­ ander innerhalb und außerhalb des topfförmigen Ventilkolbens 3 angeordnet. Vorteilhaft ist, daß die zweite Druckfeder 2 unmittelbar entlang dem Außenmäntel des Ventilkolbens 3 ge­ führt ist. Am Außenmantel des Ventilkolbens 3 ist an dessen vom Ventilschließglied 6 abgewandten Kolbenende ein Bund 8 vorgesehen, an dem sich die zweite Druckfeder 2 mit ihrem einen Federende abstützt. Das vom Bund 8 abgewandte weitere Federende der zweiten Druckfeder 2 stützt sich an einem ra­ dial nach innen abgekröpften Ende einer Führungshülse 9 ab, in welcher der Ventilkolben 3 mit der zweiten Druckfeder 2 hinreichend präzise geführt ist. Durch die Verwendung der Führungshülse 9 läßt sich überdies der Ventilkolben 3 klein und widerstandsarm gestalten. Die Führungshülse 9 verhindert außerdem eine ungünstige Anordnung der zweiten Druckfeder 2 im Strömungsweg des zweiten Druckmitteldurchgangs 5. Ohne die Führungshülse 9 müßte sich das vom Ventilkolben 3 abge­ wandte Federende im Bereich der Bohrungsstufe 19 und damit nachteilig im Strömungsweg abstützen. Die Führungshülse 9 ist vorzugsweise aus Dünnblech im Tiefziehverfahren herge­ stellt. Sie ist oberhalb ihrer seitlichen Abstützfläche an der Stufenbohrung 14 mit einer großzügig bemessenen Öffnung 21 versehen, die einen ungestörten Strömungsweg vom Einlaß­ kanal 17 zum zweiten Druckmitteldurchgang 5 ermöglicht. Zur Abstützung an der Stufenbohrung 14 und zur Hindurchführung des Strömungswegs ist die Mantelfläche der Führungshülse 9 im Bereich der Öffnung 21 seitlich auf das Innenmaß der Stu­ fenbohrung 14 aufgeweitet. Auf der gegenüberliegenden Seite beschränkt sich hingegen das Aufweitmaß der Führungshülse 9 auf den Außenradius des Ventilkolbens 3 im Bereich seines Bundes 8, so daß sich auch im rechten Bereich zwischen dem Außenmantel der Führungshülse 9 und der Stufenbohrung 14 ein ungehinderter Strömungsweg zum zweiten Druckmitteldurchgang 5 ergibt.
Die Führungshülse 9 ist mit dem Ventilkolben 3, dem Ventil­ schließglied 6 und den beiden Druckfedern 1, 2 als vormon­ tierte Einheit in eine unterhalb der Auslaßkanäle 20 erwei­ terte Stufenbohrung 14 im Ventilgehäuse 13 eingesetzt. Aus dieser Einheit ragt die Druckfeder 1 in Richtung des am Ven­ tilgehäuse 13 befestigten Federanschlags 16.
In vorliegendem Ausführungsbeispiel ist der Federanschlag 16 zusätzlich mit einem Filter 15 versehen. Das Filter 15 ver­ hindert das Eindringen von Schmutz über den Einlaßkanal 17 in das in einem Ventilträger 18 eingestemmte Ventilgehäuse 13. Der Einlaßkanal 17 steht mit einem Hauptbremszylinder einer hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage in Verbindung. Durch die Ausführung des Filters 15 als Topf- oder Stabfil­ ter ergibt sich eine besonders große Filterfläche, die auch im Langzeitbetrieb widerstandsarm durchströmt werden kann. Der Federanschlag 16 und das Filter 15 sind vorzugsweise durch Spritzgießen von Kunststoff hergestellt, wobei der Fe­ deranschlag 16 an seinem Boden einen mittig angespritzen Zapfen aufweist, der das vom Ventilschließglied 6 abgewandte Federende der ersten Druckfeder 1 aufnimmt. Durch die Topf­ form des Federanschlags 16 ergibt sich eine besonders gün­ stige Stützstruktur zur Aufnahme des Filters 15.
Alle beschriebenen Bauteile befinden sich in koaxialer An­ ordnung entsprechend der im Längsschnitt durch das Elektro­ magnetventil nach Fig. 1 gezeigten Ventilachse. Der Ven­ tilstößel 10 ist von oben mit dem Magnetanker 12 und der Druckfeder 11 in das Ventilgehäuse 13 eingeführt und mittels einer domförmigen Ventilhülse 23 von oben eingestellt und verschlossen. Hingegen sind der Ventilkolben 3, die Füh­ rungshülse 9, das Ventilschließglied 6 und die beiden Druck­ federn 1, 2 als vormontierte Einheit aus der entgegengesetz­ ten Richtung, (d. h. von unten) in den erweiterten Bereich der Stufenbohrung 14 automatengerecht eingefügt und mittels dem das Filter 15 aufweisenden Federanschlag 16 diametral zum Ventilstößel 10 im Ventilgehäuse 13 ausgerichtet.
Bei dem abgebildeten Elektromagnetventil handelt es sich so­ mit um ein elektromagnetisch stromlos geschlossenes Zweistu­ fenventil, mit einer über den Ventilstößel 10 elektromagne­ tisch betätigten Drossel- bzw. Vorsteuerstufe (erster Druck­ mitteldurchgang 4) und einer drosselfreien Hauptstufe (zweiter Druckmitteldurchgang 5), die durch die zweite Druckfeder 2 mechanisch zu öffnen ist, sobald sich bei ge­ öffneter Vorsteuerstufe ein hydraulischer Druckausgleich am Ventilkolben 3 einstellt. Über die beiden Druckmitteldurch­ gänge 4, 5 läßt sich somit eine hydraulische Verbindung zwi­ schen dem am Einlaßkanal 17 angeschlossenen Hauptbremszylin­ der und einer an den Auslaßkanälen 20 angeschlossenen Saug­ seite einer Pumpe herstellen, die das Druckmittel über Druckmodulationsventile zu den Radbremsen einer Kfz- Bremsanlage fördert.
Das Elektromagnetventil weist miniaturisierte, einfache und strömungstechnisch widerstandsarme Bauteile auf, die mit mi­ nimalem elektrischen Aufwand eine Aktivierung des drossel­ freien zweiten Druckmitteldurchgangs 5 ermöglichen.
Bezugszeichenliste
1
Druckfeder
2
Druckfeder
3
Ventilkolben
4
Druckmitteldurchgang
5
Druckmitteldurchgang
6
Ventilschließglied
7
Ventilsitz
8
Bund
9
Führungshülse
10
Ventilstößel
11
Druckfeder
12
Magnetanker
13
Ventilgehäuse
14
Stufenbohrung
15
Filter
16
Federanschlag
17
Einlaßkanal
18
Ventilträger
19
Bohrungsstufe
20
Auslaßkanal
21
Öffnung
22
Ventilspule
23
Ventilhülse

Claims (7)

1. Elektromagnetventil, insbesondere für hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein mit einem Magnetanker verbundener Ventilstößel auf ein Ventilschließglied wirkt, das in seiner Grund­ stellung einen in einem Ventilkolben angeordneten ersten Druckmitteldurchgang versperrt und mit einem zweiten Druckmitteldurchgang, der durch den an einer Stufenboh­ rung des Ventilgehäuses normalerweise anliegenden Ven­ tilkolben verschlossen ist, sowie mit einer ersten und einer zweiten Druckfeder, wovon die erste Druckfeder das Ventilschließglied zum Verschluß des im Ventilkolben an­ geordneten ersten Druckmitteldurchgangs auf einen Ven­ tilsitz im Ventilkolben hält, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckfeder (2) in entgegengesetzter Rich­ tung zur ersten Druckfeder (1) auf den Ventilkolben (3) wirkt, und daß der Ventilkolben (3) unter der Wirkung der zweiten Druckfeder (2) den zweiten Druckmitteldurch­ gang (5) freigibt, sobald zur Fortpflanzung eines hy­ draulischen Drucks über den ersten Druckmitteldurchgang (4) das Ventilschließglied (6) vom Ventilsitz (7) abge­ hoben ist.
2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Druckfeder (2) am Außenmantel des Ventilkolbens (3) angeordnet ist, und daß am Außen­ mantel des Ventilkolbens (3) ein Bund (8) vorgesehen ist, an dem sich die zweite Druckfeder (2) mit ihrem ei­ nen Federende abstützt.
3. Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die zweite Druckfeder (2) mit ih­ rem vom Ventilkolben (3) abgewandten Federende an einem radial nach innen abgekröpften Ende einer Führungshülse (9) abstützt, in der der Ventilkolben (3) mit der zwei­ ten Druckfeder (2) angeordnet ist.
4. Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungshülse (9) mit dem Ventilkolben (3) und der zweiten Druckfeder (2) als vormontierte Ein­ heit in eine Stufenbohrung (14) des Ventilgehäuses (13) eingesetzt sind, daß in die vormontierte Einheit das Ventilschließglied (6) eingelegt ist und die erste Druckfeder (1) am Filter (15) und der Filter (15) am Ventilgehäuse (13) befestigt ist.
5. Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Druckfeder (1) mit ihrem vom Ventilschließglied (6) abgewandten Federende an einem Federanschlag (16) anliegt, der am Ventilgehäuse (13) befestigt ist.
6. Elektromagnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Federanschlag (16) mit dem Filter (15) baulich zusammengefaßt ist.
7. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine dritte Druckfeder (11) im Ventilgehäuse (13) angeordnet ist, die in der elektromagnetisch nicht erregten Stellung des Magnetankers (12) den Ventilstößel (10) vom Ventilschließglied (6) abgehoben hält.
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