DE102006027859A1

DE102006027859A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE102006027859A1
Application number: DE102006027859A
Authority: DE
Inventors: Christoph Voss
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2026-06-17
Also published as: DE102006027859B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, das innerhalb eines Ventilgehäuses (6) eine Vorsteuer- und eine Hauptstufe aufweist, wozu ein Ventilschließglied (14) der Vorsteuerstufe zumindest abschnittsweise in einem Magnetanker (3) aufgenommen ist, der innerhalb einer mit dem Ventilgehäuse (6) verbundenen Hülse (7) geführt ist, wobei das Ventilschließglied (14) der Vorsteuerstufe auf einen Ventilsitz (8) gerichtet ist, der einen Bestandteil der Hauptstufe bildet, deren Ventilschließglied (28) auf einen im Ventilgehäuse (6) fixierten Ventilsitz (29) gerichtet ist, dessen Durchlassquerschnitt gegenüber dem Ventilsitz (8) der Vorsteuerstufe größer bemessen ist. Das Ventilschließglied (28) der Hauptstufe ist zumindest abschnittsweise in einer Sackbohrung (37) des Magnetankers (3) aufgenommen, wodurch sich eine besonders kurze und kompakte Bauweise ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2005 014 100 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil bekannt geworden, dessen Ventilschließglied der Hauptstufe in einer Führungshülse aufgenommen ist, die unterhalb des Magnetankers in das Ventilgehäuse eingesetzt ist. Das Ventilschließglied der Hauptstufe befindet sich somit unterhalb des Magnetankers, aus dem das Ventilschließglied der Vorsteuerstufe auf das Ventilschließglied der Hauptstufe hervorsteht.
Infolge der geschilderten Anordnung der beiden Ventilschließglieder ergibt sich eine verhältnismäßig große Baulänge.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art derart zu verbessern, dass dieses den vorgenannten Nachteil nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Hydraulikventil der angegebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im Folgenden aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.
Die 1 zeigt ein als Zweistufenventil ausgeführtes Elektromagnetventil in seiner geschlossenen Grundstellung. Das im Längsschnitt abgebildete, als 2/2-Wege-Sitzventil ausgelegte Ventil weist ein in Patronenbauweise ausgeführtes, den Magnetfluss leitende Ventilgehäuse 6 auf, welches ein Ventilschließglied 14 einer Vorsteuerstufe und ein mit dem Ventilschließglied 14 korrespondierendes weiteres Ventilschließglied 28 einer Hauptstufe aufnimmt, die koaxial zueinander im Ventilgehäuse 6 ausgerichtet sind.
Zur Betätigung des Magnetankers 3 ist eine Magnetspule 1 außen auf einer mit dem Ventilgehäuse 6 verbundenen, den Magnetfluss nicht leitenden Ventilhülse 7 aufgesetzt, die von einem stopfenförmigen Magnetkern 15 verschlossen ist. Die Magnetspule 1 ist von einem kappenförmigen Jochteil 5 umgeben, das auf das Ventilgehäuse 6 aufgesetzt ist und das aus der Ventilhülse hervorstehende Ende des Magnetkerns 15 kontaktiert. Zwischen dem Magnetkern 15 und der Stirnfläche des Magnetankers 3 ist ein Axialspalt 2 vorgesehen, der ebenso wie ein zwischen einer Mantelfläche des Magnetankers 3 und dem Ventilgehäuse 6 vorgesehenen Radialspalt 4 während einer elektromagnetischen Erregung von Magnetfeldlinien überbrückt ist. Der untere Bereich des Ventilgehäuses 6 nimmt einen Ventilsitz 29 und ein paar Druckmittelkanäle 9, 10 auf.
Zur elektrischen Energieversorgung der Magnetspule 1 ist das die Magnetspule 1 aufnehmende Jochteil 5 mit einer zur Atmosphäre gerichteten Durchgangsöffnung 13 versehen, durch die ein mit der Magnetspule 1 verbundener elektrischer Kontakt 23 flüssigkeitsdicht hindurchgeführt ist.
Um das Ventilgehäuse 6 möglichst kostengünstig auszubilden, ist dessen Kontur automatengerecht durch Kaltschlagen oder Fließpressen eines den Magnetfluss leitenden Rohlings herge stellt, dessen Außenkontur eine Gehäusestufe mit einer Ringnut 12 aufweist, in die zur Befestigung und Abdichtung des Ventilgehäuses 6 im Ventilblock 11 das gegenüber dem Ventilgehäuse 6 weichere Material des Ventilblocks 11 plastisch verdrängt ist.
Ebenso lässt sich aufgrund des gewählten Aufbaus auch der Magnetanker 3 durch Fließpressen bzw. Kaltschlagen vereinfacht herstellen.
Ferner weist das abgebildete Elektromagnetventil ein am unteren, zapfenförmig abgesetzten Ende des Ventilgehäuses 6 angeordnetes Filterelement 31 auf, das als Ringfilterelement ausgeführt ist und Schmutzeintrag in den Druckmittelkanal 9 verhindert.
In den Magnetkern 15 mündet aus der Richtung des Axialspalts 2 eine Sackbohrung 16 ein, die eine Druckfeder 17 aufnimmt, welche zwischen einer an der Stirnfläche des Magnetankers 3 angebrachten Kappe 38 und dem Ende der Sackbohrung 16 eingespannt ist, wodurch in der Ventilgrundstellung der Magnetanker 3 mit dem Ventilschließglied 14 der Vorsteuerstufe am Ventilsitz 8 anliegt, der ein Bestandteil des Ventilschließgliedes 28 der Hauptstufe ist.
Der Ventilsitz 8 ist an einem hohlkolbenförmigen Ventilschließglied 28 angeordnet, das innerhalb eines axialbeweglichen Mitnehmers 18 angeordnet ist, der sich zur Magnetankerzentrierung an der Innenwand des Ventilgehäuses 6 gleitbeweglich abstützt. Losgelöst von der Abbildung kann der Mitnehmer 18 auch zur Magnetankerzentrierung zusätzlich am Umfang der den Ventilsitz 29 der Hauptstufe aufnehmenden Ventilsitzhülse 26 gleitbeweglich geführt werden. Um die Bauhöhe möglichst gering zu halten, erstreckt sich erfindungsgemäß der hülsenförmige Mitnehmer 18 und der im Mitnehmer 18 hubbeweglich angeordnete Schaft des Ventilschließgliedes 28 überwiegend versenkt in die Sackbohrung 37 des Magnetankers 3. An die Sackbohrung 37 schließt sich in Richtung des Axialspalts 2 eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme des Ventilschließgliedes 14 an. Dem Ventilschließglied 28 ist somit in Reihenschaltung das Ventilschließglied 14 vorgelagert, das als Stößel innerhalb der Durchgangsbohrung relativ beweglich zum Magnetanker 3 angeordnet ist. Das Ventilschließglied 14 ist in der an die Durchgangsbohrung angrenzenden Kappe 38 geführt, die eine Druckausgleichsbohrung 35 aufweist. Die Kappe 38 ist an der Oberseite des Magnetankers 3 mittels einer Verstemmung befestigt, auf der sich die in der Sackbohrung 16 eingesetzte Druckfeder 17 abstützt. Das aus der Kappe 38 nach unten in den Magnetanker 3 hervorstehende Stößelende bildet das eigentliche Ventilschließglied 14, das sich auf den trichterförmigen Ventilsitz 8 erstreckt, der somit am oberen Hülsenende des im Magnetanker 3 axialbeweglichen Ventilschließgliedes 28 angeordnet ist.
Das in Reihe zum Ventilschließglied 14 angeordnete Ventilschließglied 28 verschließt in der elektromagnetisch nicht erregten Magnetankerstellung unter der Wirkung der Druckfeder 19 den an der Ventilsitzhülse 26 angeordneten weiteren Ventilsitz 29, der gegenüber dem Ventilsitz 8 eine erheblich größere Ventilsitzfläche aufweist.
Die zwischen dem Mitnehmer 18 und dem Schaftende des Ventilkolbens 28 angeordnete Druckfeder 19 ist derart bemessen, dass bei elektromagnetischer Erregung des Magnetankers 3 das Ventilschließglied 28 am Ventilschließglied 14 verharrt, solange das Ventilschließglied 28 hydraulisch nicht druckaus geglichen ist. Das Ventilschließglied 14 wirkt als Vorsteuerstufe und gibt lediglich gegenüber dem als Hauptstufe wirksamen großen Ventilsitz 29 einen vergleichsweise kleinen Drosselquerschnitt 40 innerhalb des Ventilschließgliedes 28 frei, sodass der Volumendurchsatz maßgeblich von der hydraulisch initiierten Stellung des Ventilschließgliedes 28 bestimmt ist, wozu das Ventilschließglied 28 vom Ventilsitz 29 abgehoben ist.
Der Magnetanker 3 wird am unteren Ende durch den scheibenförmigen Abschnitt des Mitnehmers 18 präzise im Ventilgehäuse 6 geführt. Die Hülsen- und Scheibenkontur des Mitnehmers 18 ist durch Tiefziehen von Dünnblech hergestellt, wobei der Mitnehmer 18 im Bereich des scheibenförmigen Abschnitts mit Ausstanzungen versehen ist, um auf einfache Weise für die Druckfeder 19 eine Abstützfläche herzustellen und um im Bereich des Radialspalts 4 den hydraulischen Widerstand gering zu halten.
Die Erfindung basiert somit auf dem Gedanken, das Ventilschließglied 28 der Hauptstufe überwiegend in einer Sackbohrung 37 des Magnetankers 3 aufzunehmen, in der auch der Mitnehmer 18 eingesetzt ist, der mit dem Ventilschließglied 28 der Hauptstufe formschlüssig verbindbar ist.
Hierdurch lässt sich auch die Druckfeder 19 kompakt zwischen dem Mitnehmer 18 und dem Ventilschließglied 28 integrieren, die das Ventilschließglied 28 der Hauptstufe in Richtung auf das Ventilschließglied 14 der Vorsteuerstufe beaufschlagt.
Der Mitnehmer 18 weist den auf einfache Weise in die Sackbohrung 37 eingepressten Hülsenabschnitt auf, an dem sich außerhalb der Sackbohrung 37 der die Stirnfläche des Magnet ankers 3 überdeckende Scheibenabschnitt 41 anschließt, auf dem sich das eine Ende der Druckfeder 19 abstützt. Außer der Abstützfunktion übernimmt der Scheibenabschnitt 41 zusätzlich eine Führungsfunktion, indem der Scheibenabschnitt 41 mit seinem am Magnetanker 3 radial überstehenden Scheibenrand den Magnetanker 3 im Ventilgehäuse zentriert.
Die Sackbohrung 37 nimmt zur Druckmittelführung innerhalb des Magnetankers 3 vorteilhaft die Längsnut 36 auf, die in der geöffneten Stellung der Vorsteuerstufe über den Hülsenabschnitt eine Druckmittelverbindung zwischen einem Ventileinlass- und Ventilauslass herstellt.
Eine besonders einfache Aufnahme, Führung und Abstützung für das Ventilschließglied 14 der Vorsteuerstufe ergibt sich innerhalb der am Magnetanker 3 befestigte Kappe 38, wobei das Ventilschließglied 14 gleichzeitig in eine verengte Durchgangsbohrung 42 (Durchbruch) des Magnetankers 3 in Richtung auf den am Ventilschließglied 28 der Hauptstufe angebrachten Ventilsitz 8 ragt. Zum Abheben des Ventilschließgliedes 14 vom Ventilsitz 8 weist das Ventilschließglied 14 eine Stößelstufe 46 auf, die im Bereich der Durchgangsbohrung 42 an der dem Magnetkern 15 zugewandten Magnetankerstirnfläche anlegbar ist.
Mit Blick auf die baulichen Besonderheiten des Elektromagnetventils folgt nunmehr hierzu eine Funktionsbeschreibung.
In der abgebildeten, elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung nehmen infolge der Schließkraft der Druckfeder 17, deren Federkraft größer dimensioniert ist als die Kraft der entgegengesetzt wirkenden Druckfeder 19, beide Ventilschließglieder 14, 28 ihre Ventilschließstellungen ein. Das stößelförmige Ventilschließglied 14 liegt hierzu auf Endanschlag an der Innenwand der Kappe 38 an und drückt das hülsenförmigen Ventilschließgliedes 28 auf den Ventilsitz 29. Beim bevorzugten Einsatz der abgebildeten Hydraulikventile in einer schlupfgeregelten Bremsanlage liegen in der Regel keine konstanten hydraulischen Drücke im Druckmitteleinlass (horizontaler Ventilanschluss 39) und Druckmittelauslass (vertikaler Ventilanschluss 39) vor, wobei der Druck im Druckmitteleinlass in der Regel überwiegt.
Erfolgt unter den dargelegten Gegebenheiten nunmehr eine elektromagnetisch initiierte Hubbewegung des Magnetankers 3, so legt der Magnetanker 3 unter Kompression der Druckfeder 17 zunächst bis zum Anliegen der am Ventilschließglied 14 angebrachten Stößelstufe 46 am Magnetanker 3 einen Teilhub X1 zurück. Während diesem Teilhub verharrt somit das hydraulisch nicht druckausgeglichene Ventilschließglied 14 unter der Wirkung des hydraulischen Drucks in der abgebildeten Schließstellung am Ventilschließglied 28. In dem Moment, wenn infolge der Relativbewegung des Magnetankers 3 gegenüber dem Ventilschließglied 14 die Stirnfläche des Magnetankers 3 die Stößelstufe 46 berührt, ist der Abstand des Magnetankers 3 vom Magnetkern 15 bereits um den Teilhub X1 auf ein Minimum des Axialspalts 2 reduziert, sodass vorteilhaft nur eine geringe elektromagnetische Erregung erforderlich ist, um zum Abheben des Ventilschließgliedes 14 vom Ventilsitz 8 den verbliebenen minimalen Axialspalt 2 zwischen Magnetkern 15 und Magnetanker 3 zu überbrücken.
Somit wird erst kurz bevor der Magnetanker 3 den Magnetkern 15 erreicht das Ventilschließglied 14 der Vorsteuerstufe angehoben, weil sodann der Magnetanker 3 an der Stößelstufe 46 anliegt und vom Magnetanker 3 mitgenommen wird. Das Ventil schließglied 14 entfernt sich damit vom Ventilsitz 8 am Ventilschließglied 28 und gibt den Drosselquerschnitt 40 frei.
Damit ist auf verhältnismäßig einfache Weise infolge der Relativverschiebbarkeit des Ventilschließgliedes 14 zwischen der Kappe 38 und dem Magnetanker 3 die Voraussetzung geschaffen, dass auch das Ventilschließglied 28 der Vorsteuerstufe durch die Druckfeder 19 und den hülsenförmigen Mitnehmer 18 unterstützt den drosselfreien großen Querschnitt am Ventilsitz 29 zu öffnen vermag. Infolge des geöffneten Drosselquerschnitts 40 stellt sich innerhalb des Ventilgehäuses 6 ein hydraulischer Druckausgleich ein, der das Abheben des Ventilschließgliedes 28 vom Ventilsitz 29 erleichtert. Das Abheben des Ventilschließgliedes 28 vom Ventilsitz 29 erfolgt, sobald die Stirnfläche des mit dem Magnetanker 3 starr verbundenen Mitnehmers 18 den Kragen 50 des hohlkolbenförmigen Ventilschließgliedes 28 berührt, wobei die Druckfeder 19 das Ventilschließglied 28 über den vom Mitnehmer 18 erzwungenen Hub vom Ventilsitz 29 zusätzlich und damit vollständig anzuheben vermag, sobald über den Drosselquerschnitt 40 der hydraulische Druckausgleich erfolgt ist.
Der Vorteil der teleskopischen Anordnung der beiden Ventilschließglieder 14, 28 im Magnetanker 3 besteht somit darin, dass bei einer elektromagnetisch initiierte Hubbewegung des Magnetankers 3 zunächst bis zum Anliegen des Magnetankers 3 an der Stößelstufe des Ventilschließgliedes 14 bereits ein Teilhub X1 vom Magnetanker 3 zurückgelegt ist, der den zum Öffnen des Ventilschließgliedes 28 erforderlichen Hub und damit auch den vom Magnetfeld zu überbrückende Axialspalt 2 erheblich reduziert, sodass nach dem Druckausgleich über die Drosselbohrung 40 mit einer verhältnismäßig geringen Magnetkraft das für einen großen Volumendurchsatz konzipierte Ven tilschließglied 28 über den Mitnehmer 18 vom Ventilsitz 29 entsprechend leicht abgehoben werden kann.
Das vorgestellte Elektromagnetventil kommt bevorzugt in einem schlupfgeregelten Kfz-Bremssystem zur Anwendung, wozu der nur abschnittsweise abgebildete Ventilblock 11 eine Vielzahl von Ventilaufnahmebohrungen 30 aufweist, die in mehreren Reihen zur Aufnahme des abgebildeten Zweistufenventils und der abgebildeten stromlos geschlossenen sowie stromlos geöffneten Hydraulikventile in den Ventilblock 11 eingelassen sind. Hierdurch ergibt sich ein besonders kompaktes Bremsgerät, dessen Ventilblock 11 aufgrund der geringen Bauhöhe der abgebildeten Hydraulikventile besonders flach baut.
Wie aus 1 ersichtlich ist, sind alle zitierten Bauteile rotationssymmetrisch zur Ventillängsachse ausgerichtet, wodurch eine automatengerechte Herstellung und vereinfachte Montage der Bauteile begünstigt wird.

Claims

Elektromagnetventil, das innerhalb eines Ventilgehäuses eine Vorsteuer- und einer Hauptstufe aufweist, wozu ein Ventilschließglied der Vorsteuerstufe zumindest abschnittsweise in einem Magnetanker aufgenommen ist, der innerhalb einer mit dem Ventilgehäuse verbundenen Hülse geführt ist, wobei das Ventilschließglied der Vorsteuerstufe auf einen Ventilsitz gerichtet ist, der ein Bestandteil der Hauptstufe bildet, deren Ventilschließglied auf einen im Ventilgehäuse fixierten Ventilsitz gerichtet ist, dessen Durchlassquerschnitt gegenüber dem Ventilsitz der Vorsteuerstufe größer bemessen ist, sowie mit einem in der Hülse angeordneten Magnetkern, und einer auf die Hülse aufgesetzten Magnetspule, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilschließglied (28) der Hauptstufe zumindest abschnittsweise in einer Sackbohrung (37) des Magnetankers (3) aufgenommen ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sackbohrung (37) ein Mitnehmer (18) eingesetzt ist, der mit dem Ventilschließglied (28) der Hauptstufe formschlüssig verbindbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mitnehmer (18) und dem Ventilschließglied (28) eine Druckfeder (19) angeordnet ist, die das Ventilschließglied (28) der Hauptstufe in Richtung auf das Ventilschließglied (14) der Vorsteuerstufe beaufschlagt.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (18) einen in die Sackbohrung (37) eingepressten Hülsenabschnitt aufweist, an dem sich außerhalb der Sackbohrung (37) ein die Stirnfläche des Magnetankers (3) überdeckender Scheibenabschnitt () anschließt, auf dem sich das eine Ende der Druckfeder (19) abstützt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenabschnitt () mit seinem Scheibenrand den Magnetanker (3) im Ventilgehäuse führt.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilschließglied (28) der Hauptstufe einen Hülsenabschnitt aufweist, an dessen in die Sackbohrung (37) gerichtetes Ende ein innerhalb der Sackbohrung (37) geführter Kragen (50) angeordnet ist, an dem der Mitnehmer (18) anlegbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sackbohrung (37) mit einer Längsnut (36) versehen ist, die in der geöffneten Stellung der Vorsteuerstufe über den Hülsenabschnitt eine Druckmittelverbindung zwischen einem Ventileinlass- und Ventilauslass herstellt.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilschließglied (14) der Vorsteuerstufe vorzugsweise durch eine am Magnetanker (3) befestigte Kappe (38) innerhalb des Magnetankers (3) in Richtung auf den am Ventil schließglied (28) der Hauptstufe angebrachten Ventilsitz (8) geführt ist, wobei das Ventilschließglied (14) der Vorsteuerstufe eine Stößelstufe (46) aufweist, die an der dem Magnetkern (15) zugewandten Magnetankerstirnfläche anlegbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (38) in der Sackbohrung (16) des Magnetkerns (15) eintauchbar ausgeführt ist, auf der sich die in der Sackbohrung (16) angeordnete Druckfeder (17) abstützt.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Magnetanker angeordnete Sackbohrung (37) in Richtung des Magnetkerns (15) einen Durchbruch aufweist, in den sich das stößelförmige Ventilschließglied (14) der Vorsteuerstufe auf seinen am Ventilschließglied (28) der Hauptstufe angebrachten Ventilsitz (8) erstreckt.