DE102005035294A1

DE102005035294A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE102005035294A1
Application number: DE102005035294A
Authority: DE
Inventors: Christoph Voss
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2006-09-21
Also published as: WO2006097363A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, dessen den Magnetfluss leitender Teil als ein die Ventilaufnahmebohrung (16) druckmitteldicht verschließbarer Patronenkörper (5) ausgeführt ist, in dem die Magnetspule (1) besonders kompaktbauend integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der EP 1 124 714 B1 ist bereits ein derartiges Elektromagnetventil bekannt geworden, dessen Ventilgehäuse ein mit einem Magnetanker zusammenwirkendes Ventilschließglied aufnimmt, das auf einen Ventilsitz im Ventilgehäuse gerichtet ist. Zur Betätigung des Magnetankers ist eine Magnetspule vorgesehen, die bei elektrischer Bestromung ein Magnetfeld erzeugt, dessen Kraftlinien über einen Axialluftspalt in den Magnetanker axial ein- und über die Ankermantelfläche in Richtung des Ventilgehäuses radial austreten. Zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses befindet sich unterhalb der Magnetspule ein nicht ferromagnetischer Distanzring, der zwischen dem Ventilgehäuse und dem Polkern gedichtet sein muss, damit der Hydraulikdruck nicht über die Magnetspule in die Atmosphäre entweicht. Der Magnetantrieb lässt sich erst dann in das rohrförmige Ventilgehäuse einfügen, wenn zunächst der Distanzring und der Polkern als separate Teile in das Ventilgehäuse eingesetzt und miteinander flüssigkeitsdicht verpresst worden sind.

Der Herstellaufwand, die Baugröße als auch das Risiko hinsichtlich einer Leckage aufgrund der Verwendung separater Bauelemente für den nicht magnetischen Teil (Distanzring) und den magnetischen Teil (Polkern) ist somit beträchtlich.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich infolge der Konstruktion durch die Aufteilung der Magnetkraft in eine Axial- und Radialkraftkomponente, wodurch sich das Magnetfeld nicht optimal zur Betätigung des Ventils nutzen lässt.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art derart zu verbessern, dass die vorgenannten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen im folgenden aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele hervor.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführung des Erfindungsgegenstands in Form eines in Grundstellung geschlossenen Elektromagnetventils,
2 eine Ausgestaltungsvariante des Elektromagnetventils nach 1 mit einem Patronenkörper, an dessen nicht magnetischen Bereich eine Tellerfeder angeschweißt ist.
Die 1 zeigt ein im Längsschnitt abgebildetes, als 2/2-Wege-Sitzventil dargestellte Elektromagnetventil, das ein in Patronenbauweise zweiteilig ausgeführtes Ventilgehäuse auf weist, bestehend aus einem Patronenkörper 5 und einem am Patronenkörper 5 befestigten Gehäusetopf 7, welcher ein mit einem Magnetanker 3 zusammenwirkendes Ventilschließglied 14 in Form einer mittig am Magnetanker angeordneten Kugel aufnimmt, die auf einen Ventilsitz 8 im Gehäusetopf 7 gerichtet ist. Zur Betätigung des Magnetankers 3 ist im Patronenkörper 5 eine Magnetspule 1 vorteilhaft integriert. Radial innenliegend wie auch radial außenliegend zur Magnetspule 1 befindet sich der den Magnetfluss leitenden Teil des Patronenkörpers 5, wobei zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses der ferromagnetisch leitende Teil des Patronenkörpers 5 unterhalb der Magnetspule 1 durch einen den Magnetfluß nicht leitenden Abschnitt 17 unterbrochen ist.
Zwischen dem magnetisch leitenden Teil sowie dem magnetisch nicht leitenden Abschnitt 17 des Patronenkörpers 5 und dem Magnetanker 3 befindet sich ein Axialluftspalt 2, wodurch bei stromdurchflossener Magnetspule 1 über diesen Axialluftspalt 2 der Magnetanker 3 einem axialen Ein- und Austritt von Magnetfeldlinien 4 in der abgebildeten Weise ausgesetzt ist.
Zur Erzielung des für die Funktion des Elektromagnetventils besonders vorteilhaften axialen Ein- und Austritts von Magnetfeldlinien 4 in bzw. aus den Magnetanker 3, überdeckt eine der Magnetspule 1 zugewandte Stirnfläche des Magnetankers 3 einen den Außenumfang der Magnetspule 1 umschließenden, den Magnetfluss leitenden Teil des Patronenkörpers 5, weshalb der Außendurchmesser des Magnetankers 3 größer gewählt ist wie der Außendurchmesser der Magnetspule 1. Die Magnetspule 1 ist vorteilhaft von oben in eine an die Baugröße der Magnetspule 1 angepasste Ringnut 6 des Patronenkörpers 5 eingefügt, die beiderseits vom magnetisch leitenden Teil des Patronenkörpers 5 begrenzt ist. Die Magnetspule 1 ist ober halb der Ringnut 6 von einer Magnetschlussscheibe 22 verdeckt, die zur Schließung des Magnetkreises flächig am magnetisch leitenden Teil des Patronenkörpers 5 anliegt. Zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses übernimmt der im Bereich der Ringnut 6 durch eine partielle Querschnittsschwächung gekennzeichnete Boden des Patronenkörpers 5 die Funktion des nicht oder nur geringfügig magnetisch leitenden Abschnitts 17.
Die Erfindung beruht somit auf dem Gedanken, einen den Magnetfluss leitenden Teil als auch einen den Magnetfluss nicht oder nur geringfügig leitenden Abschnitt 17 einteilig innerhalb des Patronenkörpers 5 auszubilden und die Magnetspule 1 im Patronenkörper 5 zu integrieren, um zu einer möglichst kompakten, leckagefreien Baugruppe für den Magnetantrieb zu gelangen, die sich in der Serienfertigung möglichst einfach herstellen lässt.
Zur Vermeidung eines Magnetflusses im Abschnitt 17 ist der Boden des Patronenkörpers 5 im Bereich der Querschnittsschwächung auf einfache Weise mit wenigstens einer konzentrisch oder spiralförmig entlang dem Boden verlaufenden Schweißnaht 18 versehen.
Ferner ist am Abschnitt 17 eine austenitische Ringscheibe 19 angeordnet, die vorteilhaft durch die Schweißnaht 18 am Boden des Patronenkörpers 5 gehalten ist.
Durch eine oder mehrere am Boden des Patronenkörpers 5 umlaufende Schweißnähte 18 und der geeigneten Wahl des Schweißgutes ist der Magnetfluß im Abschnitt 17 soweit abgeschwächt, dass der zur elektromagnetischen Betätigung des Magnetankers 3 abgebildete Magnetfeldlinienverlauf gewährleistet ist.
Der Patronenkörper 5 bildet mit der Magnetspule 3 und der nicht magnetischen Ringscheibe 19 eine eigenständig handhabbare Baugruppe, die mit einem nicht magnetischen Gehäusetopf 7 druckmitteldicht verbunden ist, in dem der Magnetanker 3 mit dem Ventilschließglied 14 axial bewegbar angeordnet ist.
Der Magnetanker 3 ist als Plattenanker ausgeführt, um eine möglichst geringe Ventilbauhöhe bei bester Magnetkraftausnutzung realisieren zu können. Zur Verringerung des hydraulischen Widerstands ist der Magnetanker 3 mit mehreren über der Magnetankerfläche symmetrisch zur Ventillängsachse verteilten Durchgangsöffnungen 13 und/oder bei Bedarf auch am Außenumfang mit symmetrisch verteilten Ausnehmungen versehen. Der Magnetanker 3 als auch die Durchgangsöffnungen 13 und ggf. auch die Ausnehmungen sind durch Stanzen des Magnetankers 3 besonders rationell hergestellt.
Der den Magnetfluss leitende Teil des Patronenkörpers 5 besteht in den beiden Ausführungsbeispielen aus einem bevorzugt durch Kaltschlagen oder Fließpressen oder ggf. auch durch Zerspanen von Automatenstahl hergestelltes Zylinderteil, das die an sich bisher aus dem Stand der Technik bekannten Einzelbauteile, bestehend aus einem in die Magnetspule 1 eingeschobenen Polkern und einem den Außenumfang der Magnetspule 1 umschließenden Jochring, nunmehr als homogene Einheit äußerst zweckmäßig vereinigt.
Der Patronenkörper 5 ist mit dem angefügte Gehäusetopf 7 in die Ventilaufnahmebohrung 16 eines mehrere Druckmittelkanäle 9, 10 aufweisenden Gehäuses 11 flüssigkeitsdicht eingesetzt.
Durch diese besonders geschickte bauliche und funktionelle Ausbildung des Patronenkörpers 5 lässt sich der Herstellaufwand als auch die Ventilbaugröße maßgeblich verringern.
Damit der Patronenkörper 5 die Funktion eines die Ventilaufnahmebohrung 16 abdichtenden Verschlussstopfen auf verblüffend einfache Weise übernehmen kann, ist der Patronenkörper 5 aus einem gegenüber dem Material des Gehäuses 11 härteren Werkstoff hergestellt, der am Außenumfang eine Stufe mit einer Ausnehmung 12 aufweist, in die beim Einpressen des Patronenkörpers 5 in die Ventilaufnahmebohrung 16 das weichere Material des Gehäuses 11 verdrängt wird.
Der den Magnetfluss nicht leitende Gehäusetopf 7 besteht aus einem durch Tiefziehen besonders kostengünstig und präzise hergestellten Hülsenteil, dessen Hülsenrand an dem den Magnetfluss leitenden Abschnitt des Patronenkörpers 5 druckmitteldicht, bevorzugt mittels einer Schweißverbindung befestigt ist. Der Topfboden ist mit einer Öffnung versehen, die von einem Ventilsitz 8 begrenzt ist, der aufgrund der Ausführung des dünnwandige Hülsenteils als austenitisches Blechformteil vorzugsweise im Prägeverfahren hergestellt ist. Eine weitere, durch Prägen hergestellte Öffnung 15 befindet sich unterhalb des Magnetankers 3 in der Mantelfläche des Gehäusetopfs 7, um den horizontal im blockförmigen Gehäuse 11 verlaufenden Druckmittelkanal 9 mit einem unterhalb des Ventilsitzes 8 im Gehäuse 11 angeordneten Druckmittelkanal 10 verbinden zu können.
Zwischen dem Patronenkörper 5 und dem Magnetanker 3 ist eine Tellerfeder 20 angeordnet, die im elektrisch nicht erregten Zustand der Magnetspule 1 den Magnetanker 3 um den Axialluftspalt 2 vom magnetischen Teil des Patronenkörpers 5 entfernt hält. Die Verwendung einer Tellerfeder 20 begünstigt eine besonders geringe Ventilbauhöhe.
Die 2 zeigt abweichend von 1 das in Grundstellung geschlossenes Elektromagnetventil mit einer gegenüber der 1 abgewandelten Ringscheibe 19, welche die Kontur einer zwischen dem Patronenkörper 5 und dem scheibenförmigen Magnetanker 3 einspannbaren Tellerfeder hat, deren Innenumfang über die Schweißnaht 18 mit dem Boden des Patronenkörpers 5 verbunden ist, so dass die Tellerfeder mit ihrem Außenumfang stirnseitig am scheibenförmigen Magnetanker 3 anliegt. Durch die Ausbildung der Ringscheibe 19 als Tellerfeder ergibt sich eine weitere Verringerung des Herstellaufwands, indem auf die aus 1 bekannte separate Tellerfeder 20 bei Wunsch oder Bedarf verzichtet werden kann.
Alle weiteren abgebildeten Einzelheiten des Elektromagnetventils nach 2 entsprechen den bereits erläuterten Merkmalen des Elektromagnetventils nach 1.
Die vorgestellten Elektromagnetventile kommen bevorzugt in einem schlupfgeregelten Kfz-Bremssystem zur Anwendung, wozu das nur abschnittsweise abgebildete blockförmige Gehäuse 11 eine Vielzahl von Ventilaufnahmebohrungen aufweist, die in einer oder in mehreren Reihen zur Aufnahme der abgebildeten stromlos geschlossenen Elektromagnetventile in einer Fläche des Gehäuses 11 ohne Überstand eingelassen sind. Hierdurch ergibt sich ein besonders kompaktes Bremsgerät, dessen blockförmiges Gehäuse 11 aufgrund der geringen Bauhöhe der abgebildeten Elektromagnetventile besonders niedrig baut. Die abgebildeten Elektromagnetventile erfüllen hierbei je nach elektromagnetischer Betätigung die Funktion den Bremsdruckauf- und den Bremsdruckabbau in den Radbremsen im Schlupfregelfall mittels einer geeigneten Steuerelektronik gezielt zu beeinflussen, die bevorzugt flächig und damit äußerst kompakt auf der Oberseite der Elektromagnetventile am Gehäuse 11 anliegt.
Zusammenfassend ergibt sich durch die vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Merkmale ein besonders kurz bauendes Elektromagnetventil in verschiedenen Ausführungsvarianten mit einer gegenüber den bisher bekannten Ventilen näherungsweise doppelt so großen Magnetkraft. Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Elektromagnetventile lassen sich vollständig im Gehäuse 11 versenken, wobei durch die vollständige Integration der Magnetspule 1 im Patronenkörper 5 und infolge der vollständigen Integration des Ventilgehäuses im kanalführenden Gehäuse 11 eine hervorragende Wärmeableitung für den Magnetantrieb gewährleistet ist.
Die vollständige Integration der Elektromagnetventile im blockförmigen Gehäuse 11 erleichtert überdies die Anordnung einer für die Aktivierung der Elektromagnetventile erforderlichen Steuerelektronik, die bevorzugt unmittelbar auf der Oberfläche des Gehäuses 11 angeordnet ist, aus der die Kontakte 21 der Magnetspule 1 hervorstehen. Hierdurch ergibt sich eine gute Wärmeableitung für die Steuerelektronik, da das Gehäuse 11 bevorzugt aus einer Leichtmetalllegierung gefertigt ist und als Wärmesenke wirkt.

1: Magnetspule
2: Axialluftspalt
3: Magnetanker
4: Magnetfeldlinie
5: Patronenkörper
6: Ventilgehäuse
7: Gehäusetopf
8: Ventilsitz
9: Druckmittelkanal
10: Druckmittelkanal
11: Gehäuse
12: Ausnehmung
13: Durchgangsöffnung
14: Ventilschließglied
15: Öffnung
16: Ventilaufnahmebohrung
17: Abschnitt
18: Schweißnaht
19: Ringscheibe
20: Tellerfeder
21: Kontakt
22: Magnetschlussscheibe

Claims

Elektromagnetventil, das in einer Ventilaufnahmebohrung eines Gehäuses einfügbar ist, mit einer Magnetspule zur Betätigung eines scheibenförmigen Magnetankers, der in einem Axialabstand zur Magnetspule angeordnet ist, mit einem bei Erregung der Magnetspule überbrückbaren Axialluftspalt, der zwischen einem den Magnetfluss leitenden Teil und dem Magnetanker vorgesehen ist, sowie mit einem den Magnetfluss nicht oder nur vernachlässigbar gering leitenden Abschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass der den Magnetfluss leitende Teil als auch der den Magnetfluss nicht oder nur vernachlässigbar gering leitende Abschnitt (17) einteilig innerhalb eines die Ventilaufnahmebohrung (16) druckmitteldicht verschließenden Patronenkörpers (5) ausgeführt sind, wobei die Magnetspule (1) im Patronenkörper (5) integriert ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Magnetfluss nicht oder nur vernachlässigbar gering leitende Abschnitt (17) des Patronenkörpers (5) zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses im Axialabstand zwischen der Magnetspule (1) und dem Magnetanker (3) und zwar im Bereich der kleinsten Bodendicke des Patronenkörpers (5) ausgebildet ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des den Magnetfluss nicht oder nur vernachlässigbar gering leitenden Abschnitts (17) eine örtliche Querschnittsschwächung mit vorzugsweise einer konzentrisch oder spiralförmig am Boden des Patronenkörpers (5) verlaufenden Schweißnaht (18) vor gesehen ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem den Magnetfluss nicht oder nur geringfügig leitenden Abschnitt (17) eine austenitische Ringscheibe (19) angeordnet ist, die durch die Schweißnaht (18) am Boden des Patronenkörpers (5) gehalten ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (19) die Kontur einer zwischen dem Patronenkörper (5) und dem scheibenförmigen Magnetanker (3) einspannbaren Tellerfeder hat, deren Innenumfang bevorzugt über die Schweißnaht (18) mit dem Boden des Patronenkörpers (5) verbunden ist, so dass die Tellerfeder mit ihrem Außenumfang stirnseitig am scheibenförmigen Magnetanker (3) anlegbar ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Patronenkörper (5) mit der Magnetspule (3) und der Ringscheibe (19) eine eigenständig handhabbare Baugruppe bildet, die mit einem nicht magnetischen Gehäusetopf (7) druckmitteldicht verbindbar ist, in dem der Magnetanker (3) mit dem Ventilschließglied (14) axial bewegbar angeordnet ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Patronenkörper (5) aus einem durch Kaltschlagen, Fließpressen oder durch Zerspanen eines aus Automatenstahl hergestelltes Rohlings besteht.
Elektromagnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der den Magnetfluss nicht leitende Gehäusetopf (7) aus einem durch Tiefziehen hergestelltes Hülsenteil besteht, das an dem Patronenkörper (5) angeschweißt und/oder mit diesem druckmitteldicht verpresst ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Boden des Gehäusetopfs (7) eine Ventilöffnung mit einem Ventilsitz (8) vorgesehen ist, der vorzugsweise im Prägeverfahren hergestellt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Patronenkörper (5) aus einem gegenüber dem Material des Gehäuses (11) härteren Werkstoff besteht und dass der Patronenkörper (5) am Außenumfang eine Stufe mit einer Ringnut (12) aufweist, in die das weichere Material des Gehäuses (11) zu Herstellung einer druckmitteldichten, unlösbaren Verbindung mit dem Patronenkörper (5) verdrängbar ist.