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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes, hydraulisches Schnellschaltventil mit einem Elektromagneten, einem Ventilsitz und einem von diesem bewegten Anker.
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Stand der Technik
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Druckentlastete Magnetventile werden dann eingesetzt, wenn größere Querschnitte in Folge eines höheren Druckflusses notwendig sind. Bei normalen Sitzventilen ist die notwendige Magnetkraft und auch die Schaltzeit zu hoch. Aus der
DE 3802648 ist ein druckentlastetes Magnetventil bekannt, bei dem der Anker auf einem fest stehenden Führungsstift verschieblich gelagert ist. Der Anker bildet zugleich den Ventilkegel als Absperrkörper bzw. Dichtelement. Da das Magnetmaterial des Ankers weich ist, kann sowohl die Lagerung als auch der Ventilsitz nicht verschleißfest sein. Außerdem sind enge Radialtoleranzen einzuhalten, um die Dichtheit sicher zu stellen. Weiterhin sind viele Toträume vorhanden, was die Entlüftung erschwert. Zudem ist das Ventil wegen Fehlens von Filtern am Ein- und Ausgang relativ verschmutzungsempfindlich.
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Aus
DE 10 2004 009 461 A1 ist ein nicht druckentlastetes 2/2-Wege-Ventil bekannt, bei dem zur Verringerung der Herstellungskosten der Ventilschließkörper zweiteilig ausgebildet ist, wobei der zweite mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Schließkörperabschnitt quer zur Öffnungsrichtung des Ventilschließkörpers verschiebbar ist. Bei diesem Ventil weist das Gehäuse einen Aktorraum und einen Druckraum auf, wobei beide über einen Führungskanal miteinander verbunden sind. Der Ventilschließkörper ist in dem Führungskanal gelagert, wobei der Ventilschließkörper stirnseitig gegen einen Anker stößt und von diesem entgegen der Kraft einer Feder in Richtung Ventilsitz bewegbar ist.
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Aus
DE 10 2007 032 873 A1 ist ein 2/2-Wege-Regelventil bekannt, das ein Ventilgehäuse aufweist, in dem ein Ventilkolben und ein Ventilsitz angeordnet ist. Ankerraum und Druckraum sind durch ein Bereich eines als Joch ausgebildeten Gehäuseteils voneinander getrennt, wobei der Ventilkolben an der Stirnseite eines Schiebers befestigt ist, welcher den Jochbereich durchgreift. Der teilweise hohlzylindrisch ausgebildete Schieber ist in einer Durchgangsbohrung des Magnetankers befestigt und weist eine Mehrzahl von Durckausgleichsbohrungen auf. Der Ventilsitz ist durch einen Schieber gebildet, der in eine Bohrung eintaucht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein druckausgeglichenes 2/2-Wege-Schnellschaltventil bereitzustellen, welches kostengünstig herstellbar ist und auch bei üblichen Fertigungstoleranzen einen leckagearmen Dichtsitz aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Schnellschaltventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfahrungsgemäß wird die beste Dichtheit mit einem kugelförmigen radial schwimmenden Absperrkörper erzielt, welcher sich in einem kegelförmigen Sitz zentriert. Damit ein leichtes Zentrieren von Ventilsitz und Absperrkörper möglich ist, sieht die Erfindung vor, den Schieber und/oder Absperrkörper biegsam auszugestalten. So kann der Schieber als Biegeschaft oder Rohr gestaltet werden, wodurch zusätzliche Teile und Spiele eingespart werden. Ebenso kann der Absperrkörper Bestandteil des Schiebers, also beide Teil aus einem Werkstück gefertigt sein.
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Es ist jedoch ebenso möglich, den Absperrkörper an dem biegsamen Schieber, insbesondere dessen einen Ende stirnseitig zu befestigen. Der Absperrkörper sollte möglichst nahe an dem biegsamen Bereich des Schiebers angeordnet sein. Vorteilhaft grenzt der biegsame Bereich des Schiebers unmittelbar an den Absperrkörper an.
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Die wichtigen Einstellparameter Restluftspalt und Hub sollten mit möglichst kleinen Toleranzen mit entsprechenden Automaten eingestellt werden. Beim Verstemmen ist es notwendig, dass der Aufnahmekörper abgestützt werden kann und günstige Verformung möglich ist. Bei Großserienventilen, wie z. B. in der ABS-Anwendung, werden keine oder selten Dichtungen aus Elastomeren eingesetzt. Die Ventilkörper werden dabei an den Abdichtstellen so gestaltet, dass sie beim Einpressen in den Ventilkörper an den entsprechenden Stellen diesen plastisch verformen und damit die Abdichtung erzielt wird. Dasselbe gilt für die nicht magnetisierte Hülse, die Anker vom Joch mit Magnetspule trennt.
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Der Schieber erstreckt sich dabei vom Ventilraum bis in den Ankerraum, wobei die Räume durch die abdichtende Lagerung des Schiebers im Ventilgehäuseteil voneinander getrennt sind.
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Der Bereich des Absperrkörpers, der mit dem Ventilsitz zusammenwirkt bzw. an diesem anliegt, ist vorteilhaft kegel- oder kugelförmig ausgebildet. Ventilsitz und Absperrkörper können ebenfalls aus einem gehärteten Material gefertigt sein.
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Der Totraum um den beweglichen Anker ist vorteilhaft sehr klein auszubilden. Der durch die Ankerbewegung erforderliche Volumenausgleich erfolgt vorteilhaft durch einen Kanal im Schieber, der z. B. durch eine axiale zentrale Bohrung und eine Querbohrung gebildet sein kann und sich vom Ankerraum bis zum Ventilraum bzw. bei geschlossenem Ventil bis zum Ventileingang erstreckt.
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Am Ventilein- und Ventilausgang sind vorteilhaft Filter angeordnet, die das Eindringen von Schmutzpartikeln in das Ventil und eine Ablagerung von Schmutz am Ventilsitz verhindern.
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Die Rückstellfeder, welche den Absperrkörper zusammen mit dem Schieber und Anker in Richtung der geöffneten Stellung kraftbeaufschlagt, kann im Ankerraum und noch besser im Ventilraum angeordnet werden. Es ist jedoch ebenso möglich jeweils eine Rückstellfeder im Ventilraum und eine Rückstellfeder im Ankerraum anzuordnen. Die Rückstellfeder im Ankerraum weist vorteilhaft nur einen kleinen Durchmesser auf.
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Die Einstellung des Ankers auf Hub und Restluftspalt erfolgt vorteilhaft durch Verstemmen oder Verschweißen des Ankers mit dem Schieber. Die Baugröße und das Gewicht des erfindungsgemäßen Ventils sind klein, wobei das Ventil zudem aus wenigen Teilen besteht und damit kostengünstig herstellbar ist.
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Das Ventil kann vorteilhaft zum Schließen mit einem erhöhten Strom und zum Halten des Ventils in der geschlossenen Stellung mit einem niedrigeren Haltestrom, vorzugsweise mit PWM, bestromt werden.
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Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ventils anhand der Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: Ein erste mögliche Ausführungsform eines Schnellschaltventil mit einem Schieber, dessen eines Ende an einem Magnetanker befestigt und dessen anderes Ende als Absperrkörper ausgeformt ist, wobei der Schieber zwischen Absperrkörper und Magnetanker eine Biegezone aufweist;
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1a: eine zweite mögliche Ausführungsform eines Schnellschaltventils mit im Gegensatz zum Schnellschaltventil gem. 1 anders geformtem Absperrkörper.
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Im Ventilgehäuse 10 ist der Schieber 1 mit geringem Spiel gelagert, damit der Leckfluss bei Druckdifferenz im geschalteten Zustand gering ist. Mit dem Schieber 1 ist der Magnetanker 4 verbunden, der bei 8 verstemmt oder verschweißt ist und auch bei 25 auf den Restluftspalt justiert wird.
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Der Absperrkörper 16 ist gemäß der in der 1 dargestellten Ausführungsform integraler Bestandteil des Schieber, d. h. an diesen angeformt. Es ist jedoch ebenso möglich den Absperrkörper 16 an dem Schieber zu befestigen, insbesondere durch Stemmen Bördeln oder Schweißen.
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Eine Rückstellfeder 9 treibt das Ventil bei nicht bestromten Elektromagneten 7 in die geöffnete Stellung. Die Rückstellfeder kann alternativ auch im Ankerraum A angeordnet werden. Es ist selbstverständlich ebenso möglich sowohl im Ankerraum A als auch im Ventilraum V jeweils eine Rückstellfedern 9 vorzusehen.
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Der vorzugsweise nicht magnetische Schieber 1a ist mit kleinem Spiel im Gehäuseflansch 10 gelagert. Dieser Flansch 10 ist zugleich Magnetjoch im Zusammenwirken mit dem Anker 4.
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Das freie Ende des Schiebers 1 ist als Absperrkörper 16 ausgebildet, wobei der sich an den Absperrkörper 16 angrenzende Bereich des Schiebers 1 als Biegerohr 1d ausgebildet ist. Der Absperrkörper 16 ist als Teilkugel ausgebildet, der bei geschlossenem Ventil an dem als Kegelabschnitt 13a ausgebildeten Ventilsitz 13 aufliegt. Ein kleiner Versatz zwischen dem Ventilsitz 13a und der Teilkugel 16 wird über die Biegung des Schiebers im verjüngten Bereich 1d aufgenommen. Ein gezielter Versatz kann zur Dämpfung des Geräusches beim Aufsetzen des Absperrkörpers verwendet werden, da die Biegekraft sich als Querkraft in der Schieberführung auswirkt. Die Rückstellfeder 9 des Schiebers 1 wirkt auf einen Federteller 21, welcher formschlüssig mit dem Schieber 1 verbunden ist. Die Ausführung des Federtellers 21a gemäß 1a hat den Vorteil, dass der Abstand zum Kugelsitz über eine entsprechende Einstellvorrichtung eingestellt werden kann, bevor die formschlüssige Verbindung z. B. mittels Verstemmung erfolgt. Damit können kleine Toleranzen eingehalten werden. Damit lässt sich der Ventilhub durch plastische Verformung des relativ weichen und dehnbaren Distanzringes 19 besonders einfach und genau einstellen.
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Zur Reduzierung des sogenannten schädlichen Raumes kann ein Füllstück 22 kraftschlüssig durch Einclipsen auf das Biegerohrstück eingesetzt werden. Als Alternative zur Verschweißung 24 kann die nicht magnetische Hülse 5 nach dem Stand der Technik bei 23 mit dem Ventilkörper verstemmt werden. Am hinteren Teil des Ankers 4 wird der Schieber 1 mit dem Anker 4 verbunden. Zuvor ist die Ventilhub Hub des Ankers 4 wie beschrieben einzustellen. Die Einstellung des Restluftspaltes Lo erfordert ein entsprechendes Distanzstück zwischen Anker 4 und Flansch-Magnetjoch 10. Danach wird durch einen entsprechenden Stempel der dünnwandige Teil des Schiebers 1 bei 25 in den nutförmigen Einstich 25a des Ankers verformt. Hierbei ist durch eine nicht dargestellte Vorrichtung sicher gestellt, dass der Absperrkörper 16 am Ventilsitz 13 anliegt, d. h. das Ventil geschlossen ist. Anschließend erfolgt ein Verstemmen der Magnethülse 5 bei 23. Magnetjoch und Spule werden komplettiert, wobei diese in der Regel mit der ECU verbunden sind.
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Der Flansch 10 hat bei 20 und 20a eine bestimmte Form, die zum Einpressen des Flansches in den weichen Ventilblock notwendig ist, dem sogenannten Clinchen. Hierbei werden die üblichen O-Ringe eingespart.
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In der Normalstellung ist das Ventil offen, so dass das gleiche Druckniveau am Eingang HZ, im Ventilraum V und Ausgang RZ herrscht. Wird die Spule 7 bestromt, so erfolgt die Ankerbewegung gegen die Rückstellfeder 9 und der Schieber 1 bewegt sich und das Dichtelement 16 trifft auf den Ventilsitzkörper 13 und sperrt die Verbindung vom Eingang HZ hin zum Ausgang RZ.
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Der Eingangsdruck wirkt durch die Längsbohrung 2 und Querbohrung 3 auf die Rückseite des Schiebers 1 in den Ankerraum A. Bei Gleichheit der effektiven Durchmesser von Schieber 1 und Absperrkörper bzw. Dichtelement 16 im Ventilsitz 13 entsteht keine Differenzkraft, was insbesondere bei Ventilöffnung die Kräftebilanz bestimmt. Bei der ersten Ausführungsform weist der Absperrkörper 16 ebenfalls eine axiale Durchgangsbohrung 16b auf, damit bei geschlossenem Ventil eine Verbindung vom Ventileingang HZ hin zum Ankerraum A über den Kanal 2, 3 des Schiebers 1 zum Druckausgleich besteht. Bei der Ankerbewegung wird Hydraulikvolumen verdrängt, was über die Längs- und Querbohrung 2, 3 abfließen kann.
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Der Schieber 1 hat zur Erzielung möglichst kleiner Leckverluste ein möglichst kleines Spiel zum Gehäuseteil 10.
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Zur Erzielung möglichst kurzer Schaltzeiten ist bereits bekannt, beim Einschalten der Spule mit einem überhöhten Push-Strom zu arbeiten und anschließend bei geschlossenem Ventil über PWM den Strom zu reduzieren, damit anschließend auch die Abschaltzeit klein wird.
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Am Eingang HZ und Ausgang RZ sind jeweils Filter 15 vorgesehen, um Schmutzpartikel vom Ventilsitz 13 fern zu halten.
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Für hohe Schaltspielzahlen ist der magnetisch gut leitende Werkstoff des Gehäuseteils 10 nicht geeignet. Hier kann eine harte Gleitschicht in der Bohrung oder eine Laufbuchse aus Lagermetall oder gehärtetem Stahl eingesetzt werden.
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Die 1a zeigt eine Alternative des als Biegerohr 1e ausgebildeten Schiebers 1. Bei dieser Ausführungsform ist der Biegebereich 1e im größeren Abstand zum Absperrkörper 16 angeordnet, damit entweder eine größere Wandstärke bei gleicher Biegung oder eine kleinere Biegekraft für die Zentrierung im Ventilsitz eingesetzt werden kann. Die Bohrung des Flansches 10 ist in diesem Teilstück größer als im abdichtenden Teil. Der Federteller 21a ist wie in 2 ebenso kraftschlüssig mit dem Schieber verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schieber
- 1c
- Im Magnetanker 4 befestigter Bereich Schiebers 1
- 1d
- Biegeschaftzone
- 1e
- Biegeschaftzone
- 2
- Längsbohrung
- 3
- Querbohrung
- 4
- Anker
- 5
- nichtmagnetischer Topf
- 6
- Joch
- 7
- Spule
- 8
- Verstemmung
- 9
- Rückstellfeder im Ventilraum
- 10
- Flansch
- 13
- Ventilsitzkörper
- 13a
- Ventilsitz
- 13b
- Durchlassöffnung bzw. -kanal
- 15
- Filter
- 16
- Absperrkörper
- 16a
- Oberfläche des Absperrkörpers mit Kegel- oder Kugelform
- 16b
- Durchgangsbohrung
- 19
- Distanzring
- 20
- Clinchabsatz
- 20a
- Clinchabsatz
- 21
- Federteller
- 21a
- Federteller
- 22
- Füllstück
- 23
- Verstemmung
- 24
- Schweißung
- 25
- Ankerjustierung
- 25a
- Einstich
- A
- Ankerraum
- RZ
- Verbindung zum Radzylinder
- HZ
- Verbindung zum Hauptbremszylinder
- L0
- Restluftspalt
- V
- Ventilraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3802648 [0002]
- DE 102004009461 A1 [0003]
- DE 102007032873 A1 [0004]
