DE102005043726A1

DE102005043726A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE102005043726A1
Application number: DE102005043726A
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: 2005-09-14
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-09-15
Also published as: DE102005043726B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, dessen Magnetkern (5) von einer Kanalbohrung (15) durchdrungen ist, deren dem Magnetanker (3) zugewandtes Bohrungsende einen mit dem Ventilschließglied (14) zusammen wirkenden Ventilsitz (8) aufweist, wodurch in Verbindung mit einem scheibenförmigen Magnetanker eine besonders kompakte Bauweise realisiert ist.

Description

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

Aus der US 6,848,669 B2 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 in einem Magnetkern 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 Magnetkern radial austreten. Zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses ist der Magnetkern unterhalb der Ventilspule unterbrochen.

Der Herstellaufwand sowie die Baugröße, die Abdichtung und die Steuerung des Druckmittels in den Druckmittelkanälen des Elektromagnetventils ist infolge des entfernt zum Magnetantrieb angeordneten Ventilsitzes beträchtlich.

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 eines Ausführungsbeispiels hervor.
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 Magnetkern 5 und einem am Magnetkern 5 befestigten Gehäusetopf 7, welcher ein mit einem in Flachankerbauweise ausgeführten Magnetanker 3 zusammenwirkendes Ventilschließglied 14 in Form einer mittig am Magnetanker 3 angeschweißten Kugel aufnimmt, die auf einen Ventilsitz 8 gerichtet ist. Zur Betätigung des Magnetankers 3 ist im Magnetkern 5 eine Magnetspule 1 platzsparend integriert. Radial innenliegend wie auch radial außenliegend zur Magnetspule 1 befindet sich der den Magnetfluss leitende Teil des Magnetkerns 5, wobei zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses der ferromagnetisch leitende Teil des Magnetkerns 5 unterhalb der Magnetspule 1 durch einen den Magnetfluß nicht oder nur vernachlässigbar gering leitenden, dünnwandigen Abschnitt (Querschnitt 17) unterbrochen ist.
Zwischen dem magnetisch leitenden Teil sowie dem magnetisch nicht leitenden Abschnitt des Magnetkerns 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 ei ne der Magnetspule 1 zugewandte Stirnfläche des Magnetankers 3 einen den Außenumfang der Magnetspule 1 umschließenden, den Magnetfluss leitenden Teil des Magnetkerns 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 Ringöffnung 29 des Magnetkerns 5 eingefügt, die beiderseits vom magnetisch leitenden Teil des Magnetkerns 5 begrenzt ist. Die Magnetspule 1 ist somit nicht dem Hydraulikdruck ausgesetzt und muss infolge der einteiligen Ausführung des magnetisch nicht leitenden mit dem leitenden Teil am Boden des Magnetkerns 5 vorteilhaft nicht abgedichtet werden. Die Magnetspule 1 ist oberhalb der Ringöffnung 29 von einer Magnetschlussscheibe 22 verdeckt, die zur Schließung des Magnetkreises flächig am magnetisch leitenden Teil des Magnetkerns 5 anliegt. Zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses übernimmt der Boden der Ringöffnung 29 aufgrund der Querschnittsschwächung des Magnetkerns 5 die Funktion des nicht oder nur geringfügig magnetisch leitenden Abschnitts am Magnetkern 5.
Der den Magnetfluss leitende Teil als auch der den Magnetfluss nicht oder nur geringfügig leitenden Abschnitt sind somit vorteilhaft einteilig innerhalb des Magnetkerns 5 ausgebildet, so dass eine dichte sowie druckfeste Integration der Magnetspule 1 im Magnetkern 5 gewährleistet ist. Man gelangt somit zu einer möglichst kompakten, leckagefreien Baugruppe für den Magnetantrieb, die sich in der Serienfertigung sehr einfach herstellen lässt.
Als maßgeblicher Beitrag zum Aufbau einer besonders kompakten Ventilbaugruppe, erweist sich die Integration einer Ka nalbohrung 15 in den Magnetkern 5, um eine möglichst einfache hydraulischen Verbindung der vertikal und horizontal im Gehäuse 11 verlaufenden Druckmittelkanäle 9, 10 zu ermöglichen, wozu die Kanalbohrung 15 besonders platzsparend als Winkelkanal in einem zwischen der Magnetspule 1 und dem Ventilschließglied 14 gelegenen zapfenförmigen Abschnitt des Magnetankers 5 ausgeführt ist. Das dem Magnetanker 3 zugewandte Ende der Kanalbohrung 15 ist als ein mit dem Ventilschließglied 14 zusammen wirkender Ventilsitz 8 ausgebildet, wodurch sich herstelltechnisch eine besonders einfache, automatengerechte Umsetzung des Erfindungsgedankens ergibt.
Der zapfenförmige Abschnitt der auf den Magnetanker 5 zugewandten Magnetkernstirnfläche ist von einer Ringnut 23 begrenzt, deren Ringnuttiefe im Magnetkern 5 wenigstens so groß bemessen ist, dass in die Ringnut 23 eine Rückschlagventilbaugruppe funktionsgerecht einsetzbar ist, über die unabhängig von der Schaltstellung des Ventilschließgliedes 14 eine hydraulische Verbindung zwischen den Druckmittelkanälen 9, 10 im Gehäuse 11 herstellbar ist. Die Rückschlagventilbaugruppe besteht aus einer ringförmigen, druckmitteldicht in die Ringnut 23 eingepressten Ventilsitzplatte 24 und einer außermittig zum Ventilschließglied 14 angeordneten Ventilkugel 25, welche in ihrer Grundstellung einen Durchgang 26 in der Ventilsitzplatte 24 verschließt.
In einer von der Ventilsitzplatte 24 abgehobenen Stellung der Ventilkugel 25 ist unabhängig von der Schaltstellung des Ventilschließgliedes 14 Druckmittel vom Druckmittelkanal 10 im Gehäuse 11 über den Durchgang 26 in den zwischen der Ventilsitzplatte 24 und dem Magnetkern 5 vorgesehenen Ringraum 27 leitbar. Der Ringraum 27 ist von der Kanalbohrung 15 in Richtung des weiteren Druckmittelkanals 9 im Gehäuse 11 durchdrungen, so dass der Ringraum 27 gewissermaßen einen hydraulischen Knotenpunkt für die über die Rückschlagventilbaugruppe und die Kanalbohrung 15 gelangenden Druckmittelströme darstellt.
Im konkreten Verwendungsfall für eine schlupfgeregelte Kfz-Bremsanlage steht der Druckmittelkanal 10 mit einer Radbremse in Verbindung, während der Druckmittelkanal 9 eine Verbindung zu einem manuell betätigbaren Hauptbremszylinder hat, so dass in einer Bremsdruckregelphase, in der das Ventilschließglied 14 am Ventilsitz 8 verharrt, beim Loslassen des betätigten Hauptbremszylinders infolge der Druckabsenkung im Druckmittelkanal 9 die Ventilkugel 25 druckentlastet wird und der im Druckmittelkanal 10 überhöhte Bremsdruck zweckmäßig über die Ventilkugel 25 zum Hauptbremszylinder abgebaut werden kann.
Zur Erzielung einer möglichst hohen Entmagnetisierung des Magnetkern 5 im Bereich des dünnwandigen Querschnitt 17, ist der Querschnitt 17 mit wenigstens einer konzentrisch oder spiralförmig umlaufenden Schweißnaht 18 versehen. Ferner ist ein austentisches Ringteil 19 mit der Schweißnaht 18 verbunden, das zur Kalibrierung des Ventildurchflusses einen Bund 28 mit einer Blendenöffnung 6 aufweist, welche sich in die Kanalbohrung 15 erstreckt. Zur exakten Positionierung ist die Ventilsitzplatte 24 bis zur Kontaktierung des Bunds 28 am Ringteil 19 in die Ringnut 23 eingepresst.
Durch eine oder mehrere im Bereich des Querschnitts 7 umlaufende Schweißnähte 18 und durch die geeignete Wahl des Schweißgutes ist der Magnetfluß im dünnwandigen Bodenab schnitt des Magnetkerns 5 soweit abgeschwächt, dass der zur elektromagnetischen Betätigung des Magnetankers 3 abgebildete Magnetfeldlinienverlauf kurzschlussfrei gewährleistet ist.
Die Ventilkugel 25, die Ventilsitzplatte 24 und das Ventilschließglied 14 bestehen aus einem nicht magnetischen, insbesondere austenitischem Werkstoff, um ein unerwünschtes magnetisches Kleben der Ventilkugel 25 und des Ventilschließgliedes 14 an den zugehörigen Ventilsitzen nach Abschluss einer Erregung eines Magnetfelds durch die Magnetspule 1 zu verhindern.
Der Magnetkern 5 bildet mit der Magnetspule 3, dem Ringteil 19 und der Rückschlagventilbaugruppe in Integralbauweise eine eigenständig handhabbare, vorgefertigte Baueinheit, die an der von der Magnetspule 1 abgewandten Magnetstirnfläche mit dem nicht magnetischen Gehäusetopf 7 druckmitteldicht verbunden ist, in dem der Magnetanker 3 mit dem Ventilschließglied 14 axial bewegbar angeordnet ist.
Der Magnetanker 3 ist zur Einhaltung einer möglichst geringen Bauhöhe als Ringscheibe ausgeführt, um eine möglichst geringe Ventilbauhöhe bei bester Magnetkraftausnutzung realisieren zu können. Zur Verringerung des hydraulischen Widerstands ist die Ringscheibe 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 Magnetkern 5 besteht 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 bekannte zerklüftete Anordnung der Ventileinzelteile nunmehr als im Magnetkern 5 integrierte Teile äußerst kompakt vereinigt.
Der Magnetkern 5 ist als Patronenkörper 5 mit dem angefügte Gehäusetopf 7 automatengerecht in die Ventilaufnahmebohrung 16 des die Druckmittelkanäle 9, 10 aufweisenden Gehäuses 11 flüssigkeitsdicht eingesetzt.
Durch die besonders geschickte bauliche und funktionelle Ausbildung des Magnetkerns 5 lässt sich der Herstellaufwand als auch die Ventilbaugröße somit maßgeblich verringern.
Damit der Magnetkern 5 die Funktion eines die Ventilaufnahmebohrung 16 abdichtenden Verschlussstopfen auf verblüffend einfache Weise übernehmen kann, ist der Magnetkern 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 Magnetkerns 5 in die Ventilaufnahmebohrung 16 das weichere Material des Gehäuses 11 verdrängt wird.
Der den Magnetfluss nicht leitende, vorzugsweise austenitische Gehäusetopf 7 besteht aus einem durch Tiefziehen besonders kostengünstig und präzise hergestellten Hülsenteil, dessen Hülsenrand an dem den Magnetfluss leitenden Abschnitt des Magnetkerns 5 druckmitteldicht, bevorzugt mittels einer Schweißverbindung befestigt ist. Der Topfboden weist eine Öffnung auf, die eine hydraulische Verbindung zum Druckmittelkanal 10 herstellt.
Zur Einhaltung einer möglichst geringen Bauhöhe ist zwischen dem Magnetkern 5 und dem Magnetanker 3 eine Tellerfeder 20 angeordnet, die im elektrisch nicht erregten Zustand der Magnetspule 1 den Magnetanker 3 um den Axialluftspalt 2 vom magnetischen Teil des Magnetkerns 5 entfernt hält, wodurch das Ventilschließglied 14 in der Grundstellung vom Ventilsitz 8 abgehoben ist.
Das vorgestellte Elektromagnetventil kommt bevorzugt in einem schlupfgeregelten Kfz-Bremssystem zur Anwendung, wozu das nur abschnittsweise abgebildete blockförmige Gehäuse 11 zur Aufnahme mehrerer Elektromagnetventile eine Vielzahl von Ventilaufnahmebohrungen 16 aufweist, die in einer oder in mehreren Reihen die Elektromagnetventile in einer Fläche des Gehäuses 11 ohne Überstand aufnehmen. Hierdurch ergibt sich ein besonders kompaktes Bremsgerät, dessen blockförmiges Gehäuse 11 aufgrund der geringen Bauhöhe des abgebildeten Elektromagnetventils besonders klein baut. Das abgebildeten Elektromagnetventil erfüllt hierbei je nach elektromagnetischer Betätigung die Funktion den Bremsdruckaufbau 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 anzuordnen ist.
Zusammenfassend ergibt sich durch die vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Merkmale ein besonders kurz bauendes Elektromagnetventil mit einer gegenüber den bisher bekannten Venti len näherungsweise doppelt so großen Magnetkraft. Da sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Elektromagnetventil vollständig im Gehäuse 11 versenken lässt, ergibt sich eine hervorragende Wärmeableitung für den Magnetantrieb.
Die vollständige Integration des Elektromagnetventils im blockförmigen Gehäuse 11 erleichtert überdies die Anordnung der für die Ventilaktivierung erforderlichen Steuerelektronik, die unmittelbar auf der Oberfläche des Gehäuses 11 mit den Kontakten 21 der Magnetspule 1 verbunden ist. 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: Magnetkern
6: Blendenöffnung
7: Gehäusetopf
8: Ventilsitz
9: Druckmittelkanal
10: Druckmittelkanal
11: Gehäuse
12: Ausnehmung
13: Durchgangsöffnung
14: Ventilschließglied
15: Kanalbohrung
16: Ventilaufnahmebohrung
17: Querschnitt
18: Schweißnaht
19: Ringteil
20: Tellerfeder
21: Kontakt
22: Magnetschlussscheibe
23: Ringnut
24: Ventilsitzplatte
25: Ventilkugel
26: Durchgang
27: Ringraum
28: Bund
29: Ringöffnung

Claims

Elektromagnetventil, das in einer Ventilaufnahmebohrung eines mit mehreren Druckmittelkanälen versehenen Gehäuses einfügbar ist, mit einer Magnetspule zur Betätigung eines scheibenförmigen Magnetankers, der in einem Axialabstand zur Magnetspule und einem die Magnetspule aufnehmenden Magnetkern angeordnet ist, mit einem bei Erregung der Magnetspule überbrückbaren Axialluftspalt, der zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker vorgesehen ist, sowie mit einer Feder zur Positionierung eines mit dem Magnetanker verbundenen Ventilschließgliedes in seiner Grundstellung, dadurch gekennzeichnet, dass zur hydraulischen Verbindung der Druckmittelkanäle (9, 10) im Gehäuse (11) der Magnetkern (5) von einer Kanalbohrung (15) durchdrungen ist, deren dem Magnetanker (3) zugewandtes Bohrungsende einen mit dem Ventilschließglied (14) zusammenwirkenden Ventilsitz (8) aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalbohrung (15) bevorzugt als Winkelkanal in einem zwischen der Magnetspule (1) und dem Ventilschließglied (14) gelegenen Abschnitt des Magnetankers (5) angeordnet ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in eine dem Magnetanker (5) zugewandte Magnetkernstirnfläche eine Ringnut (23) eingeformt ist, deren Ringnuttiefe der Baugröße einer in die Ringnut (23) eingesetzten Rückschlagventilbaugruppe entspricht, über die unabhängig von der Schaltstellung des Ventilschließgliedes (14) eine hydraulische Verbindung zwischen den Druckmittelkanälen (9, 10) im Gehäuse (11) herstellbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventilbaugruppe aus einer ringförmigen, druckmitteldicht in der Ringnut (23) eingesetzten Ventilsitzplatte (24) und einer Ventilkugel (25) besteht, die in ihrer Grundstellung einen Durchgang (26) in der Ventilsitzplatte (24) verschließt
Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der von der Ventilsitzplatte (24) abgehobenen Stellung der Ventilkugel (25) Druckmittel von einem der Druckmittelkanäle (10) im Gehäuse (11) über den Durchgang (26) in den zwischen der Ventilsitzplatte (24) und dem Magnetkern (5) vorgesehenen Ringraum (27) leitbar ist, der von der Kanalbohrung (15) in Richtung des weiteren Druckmittelkanals (9) im Gehäuse (11) durchdrungen ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (5) zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses zwischen der Magnetspule (1) und dem Ringraum (27) einen dünnwandigen Querschnitt (17) aufweist, der mit wenigstens einer konzentrisch oder spiralförmig umlaufenden Schweißnaht (18) versehen ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein austentisches Ringteil (19) mit der Schweißnaht verbunden ist, die einen Bund (28) mit ei ner Blendenöffnung (6) aufweist, welche die Kanalbohrung (15) teilweise überdeckt.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsitzplatte (24) zur exakten Positionierung bis zur Kontaktierung des Bunds (28) am Ringteil (19) in die Ringnut (23) eingepresst ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkugel (25) und die Ventilsitzplatte (24) aus einem nicht magnetischen, insbesondere austenitischem Werkstoff bestehen.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (5) mit der Magnetspule (3), dem Ringteil (19) und der Rückschlagventilbaugruppe eine eigenständig handhabbare, vorgefertigte Baueinheit bildet, die an der von der Magnetspule (1) abgewandten Magnetstirnfläche mit einem nicht magnetischen Gehäusetopf (7) druckmitteldicht verbinden ist, in dem der Magnetanker (3) mit dem Ventilschließglied (14) axial bewegbar angeordnet ist.