-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1 und ein zugehöriges Bremssystem.
-
Herkömmliche Magnetventile, insbesondere für ein Hydraulikaggregat, welches beispielsweise in einem Antiblockiersystem (ABS) oder einem Antriebsschlupfregelsystem (ASR-System) oder einem elektronischen Stabilitätsprogrammsystem (ESP-System) eingesetzt wird, sind in 1 und 2 dargestellt. 1 zeigt ein in einem in 3 dargestellten Bremssystem als Einlassventil eingesetztes stromlos offenes Magnetventil 1 mit integriertem Rückschlagventil 10 und 2 zeigt ein als Auslassventil eingesetztes stromlos geschlossenes Magnetventil 21. Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das herkömmliche als Einlassventil eingesetzte Magnetventil 1 eine Magnetbaugruppe 2 zur Erzeugung eines Magnetflusses, die einen Gehäusemantel 2.1 und eine elektrische Spule umfasst, die aus einer auf einen Wicklungsträger 2.2 gewickelten Spulenwicklung 2.3 gebildet wird und über elektrische Anschlüsse ansteuerbar ist, und eine Ventilpatrone 3, die eine Kapsel 4, einen Ventileinsatz 5, einen Anker 6 mit einem als Stößel ausgeführten ersten Schließelement 7 und eine Rückstellfeder 8 umfasst. Die Magnetbaugruppe 2 erzeugt eine Magnetkraft, die den längsbeweglichen Anker 6 mit dem als Stößel ausgeführten ersten Schließelement 7 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 8 gegen den Ventileinsatz 5 bewegt. Der Ventileinsatz 5 leitet den von der Magnetbaugruppe 2 über eine Abdeckscheibe eingeleiteten Magnetfluss, der durch Bestromung der Spulenwicklung 2.3 erzeugt wird, axial über einen Luftspalt in Richtung Anker 6, wobei die Bestromung der Spulenwicklung 2.3 über die elektrischen Anschlüsse von einer nicht dargestellten Endstufe erfolgt, die außerhalb des Magnetventils 1 angeordnet ist. Zudem nimmt der Ventileinsatz 5 einen Ventilkörper 9 auf, der einen Hauptventilsitz 9.1 umfasst, in welchen das als Stößel ausgeführte erste Schließelement 7 über einen als Dichtkalotte ausgeführten Dichtbereich 7.1 dichtend eintaucht, um die Dichtfunktion des Magnetventils 1 umzusetzen und einen ersten Volumenstrom zwischen einem Hauptbremszylinderanschluss 11 und einem Radbremszylinderanschluss 12 einzustellen. Das im Magnetventil 1 integrierte Rückschlagventil 10 führt eine richtungsorientierte Durchflussfunktion aus.
-
Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst das herkömmliche als Auslassventil eingesetzte Magnetventil 21 analog zum als Einlassventil eingesetzten Magnetventil 1 eine Magnetbaugruppe 22 zur Erzeugung eines Magnetflusses, die einen Gehäusemantel 22.1 und eine elektrische Spule umfasst, die aus einer auf einen Wicklungsträger 22.2 gewickelten Spulenwicklung 22.3 gebildet wird und über elektrische Anschlüsse ansteuerbar ist, und eine Ventilpatrone 23, die einen Polkern 24, eine Ventilhülse 25, einen Anker 26 mit einem zweiten Schließelement 27 und eine Rückstellfeder 28 umfasst. Ein mit der Ventilhülse 25 verbundenes Ventilunterteil 29 umfasst einen Ventilsitz 29.1, in welchen das zweite Schließelement 27 im Ausgangszustand des Ankers 26 dichtend eintaucht, um die Dichtfunktion des Magnetventils 21 umzusetzen. Die Magnetbaugruppe 22 erzeugt eine Magnetkraft, die den längsbeweglichen Anker 26 mit dem zweiten Schließelement 27 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 28 gegen den Polkern 24 bewegt, wodurch das zweite Schließelement 27 den Ventildichtsitz 29.1 freigibt und einen zweiten Volumenstrom zwischen einem Radbremszylinderanschluss 30 und einem Speicheranschluss 31 ermöglicht. Der Polkern 24 leitet den von der Magnetbaugruppe 22 durch Bestromung der Spulenwicklung 22.3 erzeugten Magnetfluss über einen Luftspalt in Richtung Anker 26, wobei die Bestromung der Spulenwicklung 22.3 über die elektrischen Anschlüsse von einer nicht dargestellten Endstufe erfolgt, die außerhalb des Magnetventils 21 angeordnet ist.
-
Wie aus 3 ersichtlich ist, umfasst das herkömmliche Bremssystem einen Hauptbremszylinder 32, eine Rückförderpumpe 33, einen Fluidspeicher 36, für jedes Rad 35 einen Radbremszylinder 34, wobei nur ein Rad 35 mit einem Radbremszylinder 34 dargestellt ist, das Einlassmagnetventil 1, das im unbestromten Zustand den jeweiligen Radbremszylinder 34 mit dem Hauptbremszylinder 32 verbindet und im bestromten Zustand den jeweiligen Radbremszylinder 34 vom Hauptbremszylinder 32 trennt, und das Auslassmagnetventil 21, das den jeweiligen Radbremszylinder 34 im bestromten Zustand mit dem Fluidspeicher 36 verbindet und im unbestromten Zustand vom Fluidspeicher 36 trennt.
-
In der Patentanmeldung
DE 10 2004 030 428 A1 wird eine elektromagnetische Ventilvorrichtung beschrieben. Wenigstens ein Teil des Ventilelementes ist in einem von dem Ventileinsatz im Bereich des Ventilsitzes begrenzten Ventilraum angeordnet. Des Weiteren steht ein dem Ventilraum abgewandtes Ende des Ventilelementes mit einem Anker in Wirkverbindung. Erfindungsgemäß ist eine dem Ventileinsatz zugewandte Stirnfläche des Ankers und/oder eine der Stirnfläche des Ankers zugewandte Stirnfläche des Ventileinsatzes mit einem derartigen Oberflächenprofil ausgeführt, dass ein von den Stirnflächen begrenzter Strömungsquerschnitt in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung des Ankers wenigstens bereichsweise variiert.
-
Weiterhin ist die Schrift
DE 100 38 091 A1 bekannt. Hierbei ist ein hydraulischer Teil eines Magnetventils in einer Bohrung eines Ventilblocks aufgenommen. Die Befestigung des hydraulischen Teils am Ventilblock ist mit einer Verstimmung einer Befestigungsbuchse erzielt, welche auf eine Führungshülse des hydraulischen Teils aufgeschoben ist. Die an einer Ringstufe der Führungshülse anliegende Befestigungsbuchse greift mit Presssitz an einer Mantelwand der Führungshülse an. Außerdem ist eine Kante der Befestigungsbuchse an eine ausgerundete Kehle zwischen der Mantelwand und einer Stirnwand der Ringstufe durch plastisches Verformen angeglichen. Außerdem greift eine Ventilhülse mit Presssitz in einen Abschnitt der Bohrung des Ventilblocks ein. Durch die Verstemmung und die plastisch verformte Kante der Befestigungsbuchse sowie den Presssitz der Ventilbuchse sind Abdichtungen gegen Fluid ohne zusätzliche gummielastische Abdichtmittel erzielt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Ventil zu erzeugen, in welches mehrere Ventilfunktionen integriert sind, wobei ein solches Ventil weiterhin kostengünstig hergestellt werden können soll. Diese Aufgabe wird durch ein Magnetventil gemäß Anspruch 1 gelöst.
-
Das erfindungsgemäße Magnetventil mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass ein beweglicher Anker mit einem ersten Schließelement, das mit einem in einem ersten Ventilkörper integrierten ersten Ventilsitz zusammenwirkt und einen ersten Volumenstrom einstellt, zusätzlich ein zweites Schließelement umfasst, das in einer Ausgangslage des Ankers mit einem zweiten Dichtbereich dichtend in einen zweiten Ventilsitz eintaucht, der in einem zweiten Ventilkörper integriert ist, und einen zweiten Volumenstrom sperrt. Eine von einer Magnetbaugruppe erzeugte Magnetkraft bewegt den Anker mit dem ersten Schließelement und dem zweiten Schließelement gegen die Kraft einer Rückstellfeder aus einer Ausgangslage in Richtung des ersten Ventilkörpers, wodurch das erste Schließelement mit einem ersten Dichtbereich dichtend in den ersten Ventilsitz eintaucht. Die erfindungsgemäße Magnetventil ermöglicht in vorteilhafter Weise die Integration von mehreren Ventilfunktionen, so dass die Anzahl von verschiedenen Magnetventilen bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Gleichteile reduziert werden kann, so dass ein zugehöriges Bremssystem kostengünstiger umgesetzt werden kann. So ist zur Bestromung der Magnetbaugruppe und zum Erzeugen der Magnetkraft nur noch eine Endstufe erforderlich, welche die gleiche Leistungsfähigkeit wie eine Endstufe eines herkömmlichen Einlassventils oder eine Endstufe eines herkömmlichen Auslassventils aufweist, so dass im Vergleich zum Stand der Technik in vorteilhafter Weise kostenintensive Halbleiterchipflächen eingespart werden können, die Teil der Endstufe sind.
-
Das zugehörige Bremssystem für ein Fahrzeug umfasst einen Hauptbremszylinder, einen Fluidspeicher, mindestens einen Radbremszylinder und mindestens ein Magnetventil, das den ersten Volumenstrom als Einlassvolumenstrom zwischen dem Hauptbremszylinder und dem mindestens einen Radbremszylinder einstellt und den zweiten Volumenstrom als Auslassvolumenstrom zwischen dem mindestens einen Radbremszylinder und dem Fluidspeicher einstellt. Hier übernimmt das mindestens eine erfindungsgemäße Magnetventil gleichzeitig die Funktion eines Einlassventils und eines Auslassventils für den Betrieb des zugehörigen Radbremszylinders.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Magnetventils möglich.
-
Besonders vorteilhaft ist, dass in einer Endlage des Ankers das zweite Schließelement den zweiten Ventilsitz und den zweiten Volumenstrom vollständig freigibt und das erste Schließelement mit dem ersten Dichtbereich den ersten Ventilsitz vollständig abdichtet und den ersten Volumenstrom sperrt.
-
In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magnetventils umfasst der Magnetkreis die Magnetbaugruppe mit einer elektrischen Spule, den ersten Ventilkörper, den zweiten Ventilkörper und den Anker. Ein Arbeitsluftspalt des Magnetkreises ist beispielsweise zwischen einer ersten Polfläche des Ankers und einer zweiten Polfläche des ersten Ventilkörpers angeordnet. Zudem ist der Anker in Abhängigkeit von einem durch die elektrische Spule geleiteten Strom über die erzeugt Magnetkraft zwischen der Ausgangslage und der Endlage bewegbar. Bei der Bewegung des Ankers von der Ausgangslage bis zum Erreichen einer vorgebbaren Breite des Luftspaltes zwischen der ersten Polfläche des Ankers und der zweiten Polfläche des ersten Ventilkörpers, d. h. bis zum Erreichen eines vorgegebenen Abstandes zwischen den beiden Polflächen, können über den dichtend in den ersten Ventilsitz eintauchenden Dichtbereich des ersten Schließelements ein vom angelegten Spulenstrom abhängiger Differenzdruck und der erste Volumenstrom zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss eingestellt werden. Das zweite Schließelement und der zweite Ventilsitz sind beispielsweise so ausgeführt, dass der zweite Ventilsitz bei der Bewegung des Ankers mit dem zweiten Schließelement von der Ausgangslage bis zum Erreichen der vorgegebenen Luftspaltbreite im Wesentlichen abgedichtet bleibt. Das bedeutet, dass der zweite Volumenstrom mit Ausnahme einer geringen Leckageströmung im Wesentlichen gesperrt bleibt.
-
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magnetventils ist der Magnetkreis so ausgelegt, dass der Anker bei Erreichen der vorgegebenen Luftspaltbreite einen instabilen Zustand einnimmt und sprunghaft in die Endlage wechselt, in dem das zweite Schließelement den zweiten Ventilsitz und den zweiten Volumenstrom zwischen dem zweiten Anschluss und einem dritten Anschluss vollständig freigibt, und das erste Schließelement den ersten Ventilsitz vollständig abdichtet und den ersten Volumenstrom vollständig sperrt. Alternativ können der Magnetkreis, das erste und zweite Schließelement und der erste und zweite Ventilsitz so ausgelegt werden, dass sich der Anker bei Erreichen der vorgegebenen Luftspaltbreite geregelt weiter in Richtung Endlage bewegt. Bei der geregelten Bewegung des Ankers von der vorgegebenen Luftspaltbreite bis zur Endlage sind über den zweiten Dichtbereich des zweiten Schließelements, der sich aus dem zweiten Ventilsitz bewegt, ein vom angelegten Spulenstrom abhängiger Differenzdruck und der zweite Volumenstrom zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss einstellbar. Das erste Schließelement und der erste Ventilsitz können so ausgeführt werden, dass der erste Ventilsitz bei der geregelten Bewegung des Ankers mit dem ersten Schließelement von der vorgegebenen Luftspaltbreite bis in die Endlage im Wesentlichen abgedichtet bleibt. Das bedeutet, dass der erste Volumenstrom mit Ausnahme einer geringen Leckageströmung im Wesentlichen gesperrt ist. Zur Regelung des zweiten Volumenstroms können am zweiten Schließelement Ausgleichsmittel angeformt werden, um negative Strömungseinflüsse zu kompensieren.
-
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magnetventils kann ein maximaler Hub des Ankers über die Position des zweiten Ventilsitzes und/oder über die Position des zweiten Schließelementes eingestellt werden. Ein Restluftspalt zwischen der ersten Polfläche des Ankers und der zweiten Polfläche des ersten Ventilkörpers im Endzustand des Ankers kann beispielsweise über die Position des ersten Ventilsitzes und/oder über die Position des ersten Schließelementes eingestellt werden.
-
Vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sowie die zu deren besserem Verständnis oben erläuterten, herkömmlichen Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines herkömmlichen stromlos offenen Magnetventils mit integriertem Rückschlagventil.
-
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines herkömmlichen stromlos geschlossenen Magnetventils.
-
3 zeigt einen Fluidschaltplan eines herkömmlichen Bremssystems mit den Magnetventilen aus 1 und 2.
-
4 bis 6 zeigen jeweils eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Magnetventils zur Darstellung von verschiedenen Ventilzuständen.
-
7 zeigt ein schematisches Kennliniendiagramm eines ersten und zweiten Volumenstroms durch das erfindungsgemäße Magnetventil aus 4 bis 6.
-
8 zeigt ein schematisches Kennliniendiagramm eines Summenvolumenstroms.
-
9 zeigt einen Fluidschaltplan eines Bremssystems mit dem erfindungsgemäßen Magnetventil aus 4 bis 6.
-
10 zeigt ein schematisches Kraft-Weg-Kennliniendiagramm von herkömmlichen Magnetventilen und vom erfindungsgemäßen Magnetventil.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Wie aus 4 bis 6 ersichtlich ist, umfasst das erfindungsgemäße Magnetventil 41 eine Magnetbaugruppe 42 mit einem Gehäusemantel 42.1 und einer elektrischen Spule 42.2 und eine Ventilpatrone 43, die einen beweglich angeordneten Anker 44 mit einem ersten Schließelement 52 und einem zweiten Schließelement 47, einen ersten Ventilkörper 50 mit einem ersten Ventilsitz 51 und einen zweiten Ventilkörper 45 mit einem zweiten Ventilsitz 46 umfasst. Die Magnetbaugruppe 42 erzeugt durch Bestromen der elektrischen Spule 42.2 eine Magnetkraft, die den Anker 44 mit dem ersten und zweiten Schließelement 52, 47 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 49, die sich beispielsweise auf dem ersten Ventilkörper 50 abstützt, aus einer Ausgangslage in Richtung des ersten Ventilkörpers 50 bewegt, wodurch das erste Schließelement 52 mit einem ersten Dichtbereich 53 dichtend in den ersten Ventilsitz 51 eintaucht und das zweite Schließelement 47 mit einem zweiten Dichtbereich 48 aus dem zweiten Ventilsitz 46 gezogen wird. Hierbei erfolgt die Bestromung der elektrischen Spule 42.2 von einer nicht dargestellten Endstufe, die außerhalb des Magnetventils 41 angeordnet ist, wobei die Endstufe des erfindungsgemäßen Magnetventils 41 die gleiche Leistungsfähigkeit wie eine Endstufe des herkömmlichen Einlassventils 1 gemäß 1 oder eine Endstufe des herkömmlichen Auslassventils 21 gemäß 2 aufweist. Das erfindungsgemäße Magnetventil 41 weist drei Funktionsbereiche auf, die durch verschiedene Lagen bzw. Positionen des längsbeweglichen Ankers 44 vorgegeben werden. Wie weiter aus 4 bis 6 ersichtlich ist, umfasst das erfindungsgemäße Magnetventil 41 zudem ein nur schematisch dargestelltes Rückschlagventil 70, das eine richtungsorientierte Durchflussfunktion ausführt.
-
In einer in 4 dargestellten Ausgangslage des Ankers 44, in welcher der Anker 44 durch die Kraft der Rückstellfeder 49 gehalten wird, dichtet das zweite Schließelement 47 mit dem zweiten Dichtbereich 48 den zweiten Ventilsitz 46 vollständig ab, so dass ein zweiter Volumenstrom 61 zwischen einem zweiten und einem dritten Ventilanschluss 58, 59 vollständig gesperrt ist, und das erste Schließelement 52 mit dem ersten Dichtbereich 53 vollständig aus dem ersten Ventilsitz 51 gezogen ist, so dass ein erster Volumenstrom 60 zwischen einem ersten und dem zweiten Ventilanschluss 57, 58 und ein Arbeitsluftspalt 56 zwischen einer ersten Polfläche 54 des Ankers 44 und einer zweiten Polfläche 55 des ersten Ventilkörpers 50 einen maximalen Wert aufweisen.
-
In einer in 6 dargestellten Endlage des Ankers 44, in welcher der Anker 44 durch die von der Magnetbaugruppe 42 erzeugte Magnetkraft gegen die Kraft der Rückstellfeder 49 gehalten wird, dichtet das erste Schließelement 52 mit dem ersten Dichtbereich 53 den ersten Ventilsitz 51 vollständig ab, so dass der erste Volumenstrom 60 zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilanschluss 57, 58 vollständig gesperrt ist, wobei das zweite Schließelement 47 mit dem zweiten Dichtbereich 48 vollständig aus dem zweiten Ventilsitz 46 gezogen ist, so dass der zweite Volumenstrom 61 zwischen dem zweiten und dem dritten Ventilanschluss 58, 59 seinen maximalen Wert aufweist, wobei der Arbeitsluftspalt 56 zwischen der ersten Polfläche 54 des Ankers 44 und der zweiten Polfläche 55 des ersten Ventilkörpers 50 einen minimalen Wert aufweist bzw. einem einstellbaren Restluftspalt entspricht. Der Restluftspalt zwischen der ersten Polfläche 54 des Ankers 44 und der zweiten Polfläche 55 des ersten Ventilkörpers 50 kann beispielsweise über die Position des ersten Ventilsitzes 51 und/oder über die Position des ersten Schließelementes 52 eingestellt werden. Ein maximaler Hub des Ankers 44 kann beispielsweise über die Position des zweiten Ventilsitzes 46 und/oder über die Position des zweiten Schließelementes 47 eingestellt werden. Hierbei sind die Positionen des ersten Schließelements 52 und des zweiten Schließelements 47 jeweils von der zugehörigen Einpresstiefe in den Anker 44 abhängig.
-
5 zeigt beispielhaft eine beliebige Position des Ankers 44 zwischen der in 4 dargestellten Ausgangslage und der in 6 dargestellten Endlage des Ankers 44, wobei der Anker 44 in Abhängigkeit von einem durch die elektrische Spule 42.2 geleiteten Strom, der von der nicht dargestellten Endstufe erzeugt wird, über die erzeugt Magnetkraft zwischen der Ausgangslage und der Endlage bewegbar ist und gegen die Kraft der Rückstellfeder 49 in beliebigen Zwischenpositionen gehalten werden kann. In der in 5 dargestellten Zwischenposition weist der erste Volumenstrom 60 bzw. ein Differenzdruck zwischen dem ersten und zweiten Ventilanschluss 57, 58 einen vom angelegten Spulenstrom abhängigen Wert auf.
-
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 bis 8 die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Magnetventils 41 beschrieben. Wie aus 4 und 7 ersichtlich ist, wird ein erster Funktionsbereich des erfindungsgemäßen Magnetventils 41, welcher der Ausgangslage des Ankers 44 entspricht, durch einen durch die elektrische Spule 42.2 fließendem Strom repräsentiert, der in einem Bereich zwischen einem unbestromten Zustand und einem Strom mit einem Wert I0 liegt. Wie aus den Kennlinien gemäß 7 ersichtlich ist, weist der erste Volumenstrom 60 zwischen dem ersten und zweiten Ventilanschluss 57, 58 den maximalen Wert auf, und der gestrichelt dargestellte zweite Volumenstrom 61 weist einen minimalen Wert auf. Das bedeutet, dass das zweite Schließelement 47 mit dem zweiten Dichtbereich 48 den zweiten Ventilsitz 46 vollständig abdichtet, und das erste Schließelement 52 mit dem ersten Dichtbereich 53 den ersten Ventilsitz 51 vollständig freigibt.
-
Wie aus 5 und 7 ersichtlich ist, wird ein zweiter Funktionsbereich des erfindungsgemäßen Magnetventils 41, welcher einer beliebigen Position des Ankers 44 zwischen der Ausgangslage und der Endlage des Ankers 44 entspricht, durch einen durch die elektrische Spule 42.2 fließendem Strom repräsentiert, der in einem Bereich zwischen dem Strom mit dem Wert I0 und einem Strom mit einem Wert I2 liegt. Wie aus den Kennlinien gemäß 7 ersichtlich ist, nimmt der erste Volumenstrom 60 zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilanschluss 57, 58 vom maximalen Wert Qmax auf einen minimalen Wert ab, wobei der zweite Volumenstrom 61 aufgrund von Leckageströmungen in einem Leckagebereich 63 vom minimalen Wert auf einen ersten Wert QLeck zunimmt. Das bedeutet, dass das zweite Schließelement 47 mit dem zweiten Dichtbereich 48 aus dem zweiten Ventilsitz 46 gezogen wird und eine geringe Leckageströmung zum dritten Ventilanschluss 59 fließt, und das erste Schließelement 52 mit dem ersten Dichtbereich 53 taucht dichtend in den ersten Ventilsitz 51 ein, so dass der Wert des erste Volumenstroms 60 bzw. des Differenzdrucks zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilanschluss 57, 58 auf einen vom angelegten Spulenstrom abhängigen Wert eingestellt wird. Bei einem Stromwert I1 entspricht der durch Leckage verursachte zweite Volumenstrom 61 dem ersten Volumenstrom 60, wodurch der Druck am zweiten Ventilanschluss 58 gehalten wird. Der Stromwert I2 entspricht einer Position des längsbeweglichen Ankers 44, bei der ein Luftspalt 56 mit einer bestimmten Breite erreicht wird, die einem vorgebbaren Abstand zwischen der ersten Polfläche 54 des Ankers 44 und der zweiten Polfläche 55 des ersten Ventilkörpers 50 entspricht, wobei der Anker 44 in diesem Bereich einen instabilen Zustand einnimmt.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Magnetkreis so ausgelegt, dass der Anker 44 bei Erreichen des vorgebbaren Luftspaltes, der dem Stromwert I2 entspricht, einen instabilen Zustand einnimmt und sprunghaft in die in 6 dargestellte Endlage wechselt, die einem dritten Funktionsbereich des erfindungsgemäßen Magnetventils 41 entspricht. In der Endlage des Ankers 44 gibt das zweite Schließelement 47 den zweiten Ventilsitz 46 und den zweiten Volumenstrom 61 zwischen dem zweiten Anschluss 58 und dem dritten Anschluss 59 mit einem maximalen Wert Qmax vollständig frei, und das erste Schließelement 52 dichtet den ersten Ventilsitz 51 vollständig ab und sperrt den ersten Volumenstrom 60. Das zweite Schließelement 47 und der zweite Ventilsitz 46 sind so ausgeführt, dass der zweite Ventilsitz 46 bei der Bewegung des Ankers 44 mit dem zweiten Schließelement 47 von der Ausgangslage bis zur vorgegebenen Breite des Luftspaltes 56 bis auf eine geringe Leckageströmung im Wesentlichen abgedichtet bleibt.
-
Alternativ können der Magnetkreis, die Rückstellfeder 49 das erste und zweite Schließelement 52, 47 und der erste und zweite Ventilsitz 51, 46 so ausgelegt werden, dass der Anker 44 bei Erreichen der vorgegebenen Breite des Luftspaltes 56 geregelt weiter in Richtung Endlage bewegt wird, d. h. der zweite Funktionsbereich des Magnetventils wird um die Regelung des zweiten Fluidstroms 61' erweitert, wobei die Endlage dann erst bei einem Stromwert I3 erreicht wird. Durch die geregelte Bewegung des Ankers 44 von der vorgegebenen Breite des Luftspalts 56 bis zur Endlage des Ankers 44 wird über den aus dem zweiten Ventilsitz 46 bewegten zweiten Dichtbereich 48 des zweiten Schließelements 47 ein vom angelegten Spulenstrom abhängiger Differenzdruck und der zweite Volumenstrom 61' zwischen dem zweiten Anschluss 58 und dem dritten Anschluss 59 eingestellt. Dies ist in 7 durch die gepunktete Kennlinie des zweiten Volumenstroms 61' dargestellt, der korrespondierend mit den Stromwerten zwischen I2 und I3 kontinuierlich vom Wert QLeck der Leckageströmung auf den maximalen Wert Qmax ansteigt. In diesem Fall sind das erste Schließelement 52 und der erste Ventilsitz 51 so ausgeführt, dass der erste Ventilsitz 51 bei der geregelten Bewegung des Ankers 44 mit dem ersten Schließelement 52 von der vorgegebenen Luftspaltbreite bis in die Endlage des Ankers 44 außer einer geringen Leckageströmung im Wesentlichen abgedichtet ist. Zur Regelung des zweiten Volumenstroms 61 können am zweiten Schließelement 47 Ausgleichsmittel angeordnet bzw. angeformt werden, die negative Strömungseinflüsse kompensieren.
-
Wie aus 8 ersichtlich ist, weist ein Summenvolumenstrom 62, der am zweiten Ventilausgang 58 gebildet wird, in der Ausganglage des Ankers 44, d. h. zwischen dem unbestromten Zustand und dem Stromwert I0 den maximalen Volumenstrom Qmax auf. Im Bereich zwischen dem Stromwert I0 und dem Stromwert I2 nimmt der Summenvolumenstrom 62 stetig ab, und wechselt am Stromwert I1 die Fließrichtung. Bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils 41 ohne Regelung des zweiten Volumenstroms 61 wechselt der Summenvolumenstrom 62 am Stromwert I2 sprunghaft auf einen maximalen negativen Volumenstrom –Qmax. Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils 41 mit Regelung des zweiten Volumenstroms 61 wechselt der Summenvolumenstrom 62 zwischen dem Stromwert I2 und dem Stromwert I3 gemäß der gepunktet dargestellten Kennlinie 62' kontinuierlich auf den maximalen negativen Volumenstrom –Qmax. Somit verhält sich das erfindungsgemäße Magnetventil 41 zwischen dem unbestromten Zustand und dem Stromwert I1 wie ein Einlassventil, z. B. wie das aus dem Stand der Technik bekannte Einlassventil 1 aus 1, und zwischen dem Stromwert I1 und dem Stromwert I2 bzw. I3 wie ein Auslassventil, z. B. wie das aus dem Stand der Technik bekannte Auslassventil 21 aus 2.
-
9 zeigt einen Fluidschaltplan eines Bremssystems für ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Magnetventil 41 mit drei Funktionsbereichen, die jeweils durch einen Block im Ventilschaltzeichen repräsentiert werden. Hierbei entspricht der linke Block der Ausgangslage des Ankers 44, der rechte Block entspricht der Endlage des Ankers 44 und der mittlere Block entspricht dem Regelbereich des Ankers 44 zwischen der Ausgangslage und der Endlage.
-
Wie aus 9 ersichtlich ist, umfasst das Bremssystem für ein Fahrzeug analog zum herkömmlichen Bremssystem gemäß 3 einen Hauptbremszylinder 32, eine Rückförderpumpe 33, einen Fluidspeicher 36 und mehrere Räder mit Radbremszylindern, von denen ein Rad 35 mit einem Radbremszylinder 34 dargestellt ist. Anstatt des Einlassventils 1 und des Auslassventils 21 umfasst das Bremssystem gemäß 9 im Unterschied zum Bremssystem gemäß 3 mindestens ein erfindungsgemäßes Magnetventil 41, wobei der erste Volumenstrom 60 einem Einlassvolumenstrom zwischen dem Hauptbremszylinder 32 und dem entsprechenden Radbremszylinder 34 entspricht, und der zweite Volumenstrom 61 einem Auslassvolumenstrom zwischen dem Radbremszylinder 34 und dem Fluidspeicher 36 entspricht.
-
Wie weiter aus 9 ersichtlich ist, ist der erste Ventilanschluss 57 des Magnetventils 41 über eine entsprechende Fluidleitung mit dem Hauptbremszylinder 32 verbunden, der zweite Ventilanschluss 58 des Magnetventils 41 ist über eine entsprechende Fluidleitung mit dem Radbremszylinder 34 verbunden und der dritte Ventilanschluss 59 des Magnetventils 41 ist über eine entsprechende Fluidleitung mit dem Fluidspeicher 36 verbunden.
-
10 zeigt ein Kennliniendiagramm, in dem die Abhängigkeit der von einer Magnetbaugruppe erzeugten Magnetkraft FM von der Breite des Arbeitsluftspaltes xS ersichtlich ist, wobei drei Kennlinien für verschiedene konstante Ansteuerströme I dargestellt sind. Wie aus 10 ersichtlich ist, ergibt sich für den beweglichen Anker ab einer bestimmten Breite des Arbeitsluftspaltes xS ein stabiler Kennlinienbereich und unterhalb dieser bestimmten Breite des Arbeitsluftspaltes xS ergibt sich ein instabiler Kennlinienbereich, wobei die Kennlinienbereiche nach oben durch einen maximalen Ansteuerstrom IMAX begrenzt sind. Der stabile Kennlinienbereich wird durch einen Grenzwert begrenzt, der einem vorgegebenen Schwellwert für die Steigung der Kennlinie entspricht, der neben hydraulischen Krafteffekten im Wesentlichen eine Federkonstante der Rückstellfeder umfasst und sich aus der ersten Ableitung (dFM/dxS) bestimmen lässt. Wie weiter aus 10 ersichtlich ist, deckt das erfindungsgemäße Magnetventil sowohl den Kraftbereich das herkömmliche Auslassventils AV, der im instabilen Kennlinienbereich angeordnet ist, als auch den Kraftbereich des herkömmlichen Einlassventils EV ab, der im stabilen Kennlinienbereich angeordnet ist, wobei zur Abdeckung des Gesamtbereichs nur eine Endstufe erforderlich ist, welche die Leistungsfähigkeit von nur einer der beiden Endstufen der herkömmlichen Magnetventile aufweist. Das bedeutet, die Endstufe des erfindungsgemäßen Magnetventils weist entweder die Leistungsfähigkeit der Endstufe des herkömmlichen Einlassventils oder die Leistungsfähigkeit des herkömmlichen Auslassventils auf.
-
Das erfindungsgemäße Magnetventil ermöglicht in vorteilhafter Weise die Integration der Einlassventilfunktion und der Auslassventilfunktion in ein Magnetventil, so dass die Anzahl von verschiedenen Magnetventilen und von verschiedenen Endstufen zur Bestromung der Magnetventile bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Gleichteile reduziert werden kann, so dass das zugehörige Bremssystem kostengünstiger umgesetzt werden kann.
