DE102008052191A1

DE102008052191A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE102008052191A1
Application number: DE102008052191A
Authority: DE
Inventors: Holger Kollmann; Ralph Gronau
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2010-03-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, mit einem zwischen dem Umfang eines Ventilstößels (7) und dem Ventilsitzkörper (8) vorgesehenen Ringspalt (4), der in einer Zwischenstellung des Ventilstößels (7) zur geräuschminimierten Druckmitteldurchströmung im Ventilgehäuse (1) einen Blenden- bzw. Drosselquerschnitt freigibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für ein Kraftfahrzeug-Radschlupfregelsystem, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 102 12 040 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil der gattungsbildenden Art bekannt geworden, das als binär schaltendes Auslassventil in einem Kraftfahrzeug-Radschlupfregelsystem eingesetzt ist und mittels eines Ventilstößels auf einem Ventilsitzkörper dichtet. Hebt sich der Ventilstößel elektromagnetisch erregt vom Ventilsitzkörper ab, wird eine vom Stößelhub abhängige zu durchströmende Fläche freigegeben, die entscheidend für die entstehende Druckwelle ist. Die Anforderung eines sehr schnellen Druckabbaus steht dem Anspruch eines hohen Geräuschkomforts entgegen, da die beim Öffnen des Ventils entstehende, sehr schnell aufbauende Druckwelle Geräusche in den Bremsleitungen und Anbauteilen erzeugt.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der gattungsbildenden Art unter Beibehaltung eines möglichst einfachen Aufbaus derart zu verbessern, daß vorgenannte Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung beruht auf der Idee, den durch den Ventilstößel normalerweise verschlossene Öffnungsquerschnitt gestuft frei zu geben und somit ein sanfteres „anlaufen” der Druckwelle zu erreichen. Dies wird erreicht, indem oberhalb des Dichtsitzes des Ventilsitzkörpers eine den Ventilstößel umfassende Bohrung angebracht wird, die nur einen sehr geringen Ringspalt zwischen der Bohrung und dem Ventilstößel aufweist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Nachfolgenden anhand der Beschreibung mehrerer Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein in der Grundstellung stromlos geschlossenes Elektromagnetventil, mit einem die erfindungswesentlichen Merkmale aufweisenden Ventilsitzkörper,
2a–c verschiedene Ventilstößelstellungen mit einer Vergrößerung der erfindungswesentlichen Einzelheiten für das in 1 dargestellte Elektromagnetventil,
3 einen Längsschnitt des aus den 1, 2a–c bekannten Ventilsitzkörpers, der um einen Blendenkörper erweitert ist.
Die 1 zeigt ein in Grundstellung stromlos geschlossenes Elektromagnetventil, dessen Ventilgehäuse 1 beispielhaft in Patronenbauweise ausgeführt ist. Der Mittenabschnitt des Ventilgehäuses 1 ist als dünnwandige Ventilhülse 2 gestaltet, die mittels eines stopfenförmigen Magnetkerns 3 dicht verschlossen ist.
Bei Wunsch oder Bedarf kann die Ventilhülse 2 abweichend von der 1 domförmig geschlossenen sein, so dass dann im Dombereich der zylinderförmige Magnetkern 3 ohne eine Dichtfunktion befestigt ist.
Der Magnetanker 5 nimmt innerhalb einer gestuften Bohrung 13 eine an sich bekannte Feder 6 auf, die sich als Druckfeder mit ihrem einen Windungsende auf die Stirnfläche des Magnetkerns 3 erstreckt. Der Magnetanker 5 ist folglich unter der Wirkung der Feder 6 an der entgegen gelegenen Magnetanker-Stirnfläche mit dem Ventilstößel 7 gegen einen Ventilsitzkörper 8 im Ventilgehäuse 1 gepresst, wodurch in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung ein in Horizontal- und Vertikalrichtung das Ventilgehäuse 1 durchdringender Druckmittelkanal 9 unterbrochen ist. Der in der Funktion eines Ventilschließgliedes wirksame Ventilstößel 7 ist mittels einer Presspassung in der abgestuften Bohrung 13 des Magnetankers 5 fixiert. Auch der hülsenförmige Ventilsitzkörper 8 ist mittels einer Presspassung im Druckmittelkanal 9 des patronenförmigen Ventilgehäuse 1 befestigt.
Ferner weist der Ventilstößel 7 im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen scheibenförmigen Absatz 15 auf, an dem sich das vom Magnetkern 3 abgewandte Ende der Feder 6 abstützt. In Richtung auf den Magnetkern 3 schließt an den Absatz 15 ein Führungszapfen 16 an, der sich in die als Schraubenfeder ausgebildete Feder 6 erstreckt. Um die Feder 6 radial abstützen zu können, so daß ein seitliches Ausknicken der Feder 6 unterbleibt, ist der Durchmesser des Führungszapfens 16 nur geringfügig kleiner gewählt als der Innendurchmesser der als Schraubenfeder ausgeführten Feder 6.
Eine Führung der Feder 6 unmittelbar am Führungszapfen 16 anstelle in der Bohrung 13 hat den fertigungstechnischen Vorteil, daß bei Bedarf der Führungszapfen 16 leichter geglättet werden kann als die Bohrungswand. Zwischen dem Absatz 15 und dem Führungszapfen 16 ist ein Übergangsbereich zur kraft- und/oder formschlüssigen Befestigung des dem Ventilstößel 7 zugewandten Endes der Feder 6 vorgesehen. Der Übergangsbereich ist durch eine Ringnut gebildet, in die das eine Ende der Feder 6 einschnappt. Somit kann die dem Ventilstößel 7 zugehörige Feder 6 nicht verloren gehen. Sie bildet mit dem im Magnetanker 5 eingesetzten Ventilstößel 7 eine vormontierte und bereits exakt eingestellte Baugruppe.
Durch eine auf dem Ventilgehäuse 1 angebrachte Ventilspule 11 und einen die Ventilspule 11 umschließenden Jochring 12 läßt sich durch eine Erregung der Ventilspule 11 der Magnetkreis schließen, so daß sich der Magnetanker 5 in Richtung auf den Magnetkern 3 bewegt und zur Anlage am Magnetkern 3 gelangt, wo es vollflächig an der Stirnfläche des Magnetkerns 3 und des Magnetankers 5 anliegt.
Das Elektromagnetventil ist als Zweistellungsventil konzipiert, das erfindungsgemäß zwischen dem Umfang des Ventilstößels 7 und dem Ventilsitzkörper 8 einen Ringspalt 4 aufweist, der abhängig von der Stellung des Ventilstößels 7 zur Druckmitteldurchströmung im Ventilgehäuse 1 entweder geräuschminimiert freigegeben oder verschlossen ist. Der Ringspalt 4 wirkt als Ringdrossel bei der elektromagnetischen Betätigung des Ventilstößels 7 von der geschlossenen zur voll geöffneten Stellung, sodass über einen definierten, geräuschsensiblen Zwischenhubbereich des Ventilstößels 7 eine signifikante Geräuschminderung, wenn nicht sogar vollständige Eliminierung des Ventilschaltgeräusches erzielt wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den nachfolgenden 2a, 2b, 2c zu entnehmen, die jeweils einen vergrö ßerten Ausschnitt des in 1 abgebildeten Elektromagnetventils im Bereich des Ventilsitzkörpers 8 zeigen, wozu im Folgenden eine zusammenfassende Erläuterung erfolgt.
Gemäß der 2a ist der Ringspalt 4 in der abgebildeten Schließstellung des Ventilstößels 7 am Ventilsitzkörper 8 wirkungslos, sodass im Ventilgehäuse 1 keine Druckmitteldurchströmung erfolgt.
Gemäß der 2b erfolgt in der elektromagnetisch initiierten Betätigung des Ventilstößels 7 eine gedrosselte und damit geräuschminimierte Druckmitteldurchströmung im Ventilgehäuse 1, solange zwischen dem Ventilstößel 7 und dem bohrungsförmig erweiterten Stufenabschnitt des Ventilsitzkörpers 8 der Ringspalt 4 besteht. Der Ringspalt 4 ist in Reihenanordnung zu einer vom Ventilstößel 7 im Ventilsitzkörper 8 zu verschließenden oder zu öffnenden Durchlassöffnung 10 ausgebildet. Bei elektromagnetisch initiierter Betätigung des Ventilstößels 7 in die aus 2b ersichtliche, vom Ventilsitzkörper 8 abgehobenen Zwischenstellung, in welcher der Ventilstößel 7 noch nicht den maximalen Öffnungshub erreicht hat, ist somit über den wirksamen Ringspalt 4 ein gedrosselter Öffnungsquerschnitt zur Druckmitteldurchströmung im Ventilgehäuse 1 eingestellt.
Erst mit dem Erreichen eines maximalen Öffnungshubs des Ventilstößels 7, wie dies aus 2c hervorgeht, ist der Ringspalt 4 unwirksam, da der Ventilstößel 7 vollständig aus dem bohrungsförmig erweiterten Stufenabschnitt des Ventilsitzkörpers 8 herausgezogen ist, sodass zwecks schnellem Druckabbau ein ungedrosselter Öffnungsquerschnitt zur Druckmitteldurchströmung im Ventilgehäuse 1 freigegeben ist.
Demnach ist zur Ausbildung des Ringspalts 4 in einer ersten zweckmäßigen Ausführungsform der Ventilsitzkörper 8 im Bereich der Durchlassöffnung 10 als Stufenbohrung ausgeführt, in die der Ventilstößel 7 während der Ventilschließstellung eintaucht, wozu die Durchlassöffnung 10 einen radial vergrößerten Stufenabschnitt mit einem gegenüber dem Ventilstößel 7 um ein Spaltmaß X vergrößerten Durchmesser aufweist. Eine Stufe der Stufenbohrung ist durch einen Dichtsitz 14, vorzugsweise einen Kegeldichtsitz gebildet, an dem der Ventilstößel 7 in der elektromagnetisch nicht erregten Stellung anliegt, wie dies in 2a gezeigt ist.
Alternativ kann zur Ausbildung des Ringspalts 4 in einer zweiten zweckmäßigen Ausführungsform, die hier jedoch nicht abgebildet ist, nicht nur der Ventilsitzkörper 8 im Bereich der Durchlassöffnung 10 als Stufenbohrung ausgeführt sein, sondern es kann auch der Ventilstößel 7 abgestuft sein, der dann sowohl in der Ventilschließstellung als auch elektromagnetisch initiierten Zwischenstellung mit einem verjüngten Fortsatz in die Stufenbohrung eintaucht, sodass zwischen dem Fortsatz und der Stufenbohrung ein Spaltmaß X zur Ausbildung des Ringspalts 4 verbleibt.
Unabhängig davon, wie im Einzelnen der radiale Ringspalt 4 zwischen dem Ventilstößel 7 und der Durchlassöffnung 10 im Ventilsitzkörper 8 jeweils ausgebildet wird, ist die maximale Eintauchtiefe des Ventilstößels 7 in den Stufenabschnitt der Durchlassöffnung 10 immer kleiner als der maximale Öffnungshub des Ventilstößels 7 zu wählen, um einen ungedrosselten schnellen Druckabbau beim Erreichen des maximalen Öffnungshubs zu gewährleisten.
Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung des aus 1, 2a–c bekannten Ventilsitzkörpers 8, mit der Besonderheit, dass der Ringspalt 4 von einem Blendenkörper 17 begrenzt ist, durch den bei elektromagnetisch initiierter Betätigung des Ventilstößels 7 in eine vom Ventilsitzkörper 8 abgehobenen Zwischenstellung, in welcher der Ventilstößel 7 noch nicht den maximalen Öffnungshub erreicht hat, ein nahezu viskositätsunabhängiger, durch eine Ringspaltblende definierter Öffnungsquerschnitt zur Druckmitteldurchströmung im Ventilgehäuse 1 eingestellt ist. Sowohl in der Schließstellung des Ventilstößels 7 am Dichtsitz 14 als auch bei elektromagnetisch initiierter Betätigung des Ventilstößels 7 ist mit dem Erreichen eines maximalen Öffnungshubs des Ventilstößels 7, bei dem der Ventilstößel 7 aus dem Blendenkörper 17 herausgezogen ist, der Blendenkörper 17 unwirksam.
In einer vorteilhaften Ausführung des Blendenkörpers 17 ist dieser durch eine koaxial zum Ringspalt 4 ausgerichtete, vorzugsweise durch Stanzen bzw. Prägen hergestellte Ringscheibe gebildet, die an der Oberseite des Ventilsitzkörpers 8 fixiert ist, durch die sich der Ventilstößel 7 sowohl in seiner Schließstellung als auch während eines vom Ventilsitzkörper 8 abgehobenen Teilhubs erstreckt.
Allgemein gilt, dass die drosselnde Wirkung im Ringspalt 4 größer ist als die zwischen dem Ventilstößel 7 und dem eigentlichem Dichtsitz 14 freizugebende Fläche und dass die Tiefe des im Ventilsitzkörper 8 bohrungsförmig erweiterten Stufenabschnitts kleiner ist wie der maximale Öffnungshub des Ventilstößels 7, wodurch zu Beginn des Ventilstößelhubs eine Drosselung des Fluids zwischen dem Ventilstößel 7 und dem erweiterten Stufenabschnitt zum Zwecke der Geräuschminderung erfolgt. Erst wenn der Ventilstößel 7 einen Teilhub zurückgelegt hat, tritt der Ventilstößel 7 aus dem erweiterten Stufenabschnitt des Ventilsitzkörpers 8 hervor und gibt den maximalen Öffnungsquerschnitt frei. Dies bewirkt eine gestuft anlaufende Druckwelle, die aber die Ventilfunktion nicht beeinträchtigt, da mit dem Erreichen des maximalen Ventilstößelhubes die Druckabbaufunktion in bekannter Weise erfolgt. Es ist außerdem möglich, den Ventilstößel 7 in einer teilgeöffneten Stellung im Bereich der Ringdrosselung zu halten, was eine „konstant” reduzierte Druckwelle bewirkt.
Das vorgestellte Elektromagnetventil hat überdies den Vorteil, dass mit der vollständigen Freigabe des durch den Ringspalt 4 und/oder den Blendenkörper 17 definierten Drossel- bzw. Blendenquerschnitts in der elektromagnetisch maximal geöffneten Endstellung des Ventilstößels 7 der Drossel- bzw. Blendenquerschnitt von etwaigen Schmutzpartikeln immer freigespült wird, sodass die an sich bekannte Problematik zur Verschmutzungsneigung und Blockade kleiner Drossel- bzw. Blendenquerschnitte mit dem vorgestellten Konzept grundsätzlich vermieden wird.

1: Ventilgehäuse
2: Ventilhülse
3: Magnetkern
4: Ringspalt
5: Magnetanker
6: Feder
7: Ventilstößel
8: Ventilsitzkörper
9: Druckmittelkanal
10: Durchlassöffnung
11: Ventilspule
12: Jochring
13: Bohrung
14: Dichtsitz
15: Absatz
16: Führungszapfen
17: Blendenkörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10212040 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetventil, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Ventilstößel axial beweglich geführt ist, mit einem Magnetkern, der im Ventilgehäuse gegenüber einem mit dem Ventilstößel verbundenen Magnetanker angeordnet ist, sowie mit einer vorzugsweise zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker angeordneten Feder, die in der elektromagnetisch nicht erregten Stellung des Magnetankers den Ventilstößel druckmitteldicht an einem im Ventilgehäuse angeordneten Ventilsitzkörper hält, sowie mit einer am Ventilgehäuse fixierten Ventilspule zum elektromagnetisch initiierten Abheben des Ventilstößels vom Ventilsitz, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Umfang des Ventilstößels (7) und dem Ventilsitzkörper (8) ein Ringspalt (4) vorgesehen ist, der abhängig von der Stellung des Ventilstößels (7) zur Druckmitteldurchströmung im Ventilgehäuse (1) ganz oder teilweise freigegeben ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (4) in der Schließstellung des Ventilstößels (7) am Ventilsitzkörper (8) wirkungslos ist, sodass im Ventilgehäuse (1) keine Druckmitteldurchströmung erfolgt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektromagnetisch initiierten Offenstellung des Ventilstößels (7) über den Ringspalt (4) eine Druckmitteldurchströmung im Ventilgehäuse (1) erfolgt.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (4) in Reihenanordnung zu einer vom Ventilstößel (7) im Ventilsitzkörper (8) zu verschließenden oder zu öffnenden Durchlassöffnung (10) ausgebildet ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei elektromagnetisch initiierter Betätigung des Ventilstößels (7) in einer vom Ventilsitzkörper (8) abgehobenen Zwischenstellung, in welcher der Ventilstößel (7) noch nicht den maximalen Öffnungshub erreicht hat, über den Ringspalt (4) ein gedrosselter Öffnungsquerschnitt zur Druckmitteldurchströmung im Ventilgehäuse (1) eingestellt ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei elektromagnetisch initiierter Betätigung des Ventilstößels (7) mit dem Erreichen eines maximalen Öffnungshubs des Ventilstößels (7) ein ungedrosselter Öffnungsquerschnitt zur Druckmitteldurchströmung im Ventilgehäuse (1) eingestellt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Ringspalts (4) der Ventilsitzkörper (8) im Bereich der Durchlassöffnung (10) als Stufenbohrung ausgeführt ist, in die der Ventilstößel (7) während der Ventilschließstellung eingetaucht ist, wozu die Durchlassöffnung (10) einen radial vergrößerten Stufenabschnitt mit einem gegenüber dem Ventilstößel (7) um ein Spaltmaß (x) vergrößerten Durchmesser aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Eintauchtiefe des Ventil stößels (7) in den Stufenabschnitt der Durchlassöffnung (10) kleiner ist als der maximale Öffnungshub des Ventilstößels (7).
Elektromagnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stufe der Stufenbohrung durch einen Dichtsitz (14), vorzugsweise einen Kegeldichtsitz gebildet ist, an dem der Ventilstößel (7) in der elektromagnetisch nicht erregten Stellung anliegt.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (4) von einem Blendenkörper (17) begrenzt ist, durch den bei elektromagnetisch initiierter Betätigung des Ventilstößels (7) in eine vom Ventilsitzkörper (8) abgehobenen Zwischenstellung, in welcher der Ventilstößel (7) noch nicht den maximalen Öffnungshub erreicht hat, ein nahezu viskositätsunabhängiger Blendenöffnungsquerschnitt zur Druckmitteldurchströmung im Ventilgehäuse (1) eingestellt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Blendenkörper (17) sowohl in einer Schließstellung des Ventilstößels (7) als auch bei elektromagnetisch initiierter Betätigung des Ventilstößels (7) mit dem Erreichen eines maximalen Öffnungshubs des Ventilstößels (7) unwirksam ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Blendenkörper (17) durch eine koaxial zum Ringspalt (4) ausgerichtete Ringscheibe gebildet ist, durch die sich der Ventilstößel (7) sowohl in seiner Schließstellung als auch während eines vom Ventilsitzkörper (8) abgehobenen Teilhubs erstreckt.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei elektromagnetisch initiierter Betätigung des Ventilstößels (7) in die vom Ventilsitzkörper (8) abgehobenen Zwischenstellung, in welcher der Ventilstößel (7) noch nicht den maximalen Öffnungshub erreicht hat, der Ventilstößel (7) für eine definierte Zeitspanne in der Zwischenstellung verharrt, wodurch abhängig von der Zeitspanne der Zwischenstellung des Ventilstößels (7) über den Ringspalt (4) und/oder den Blendenkörper (17) ein gedrosselter Öffnungsquerschnitt zur konstanten Druckmitteldurchströmung im Ventilgehäuse (1) eingestellt ist.