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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, insbesondere für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem axial verschiebbar gelagerten Anker, an dessen einem Ende ein Ventildichtkörper angeordnet und dessen anderem Ende ein Polkern zugeordnet ist, und mit einer zwischen dem Polkern und dem Anker vorgespannt wirkenden Druckfeder.
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Ferner betrifft die Erfindung einen Anker für ein Magnetventil, insbesondere wie es oben beschrieben wurde, der eine Axialaufnahme aufweist, in der eine Druckfeder zumindest bereichsweise einliegt.
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Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Ankers für ein Magnetventil.
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Stand der Technik
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Magnetventile, Anker sowie Verfahren zur Herstellung der gattungsgemäßen Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere bei Bremssystemen von Kraftfahrzeugen werden Magnetventile dazu verwendet, den Druckaufbau in einem Hydrauliksystem zu steuern beziehungsweise zu regeln. Häufig werden dazu sogenannte stromlos geschlossene Ventile genutzt, die sich dadurch auszeichnen, dass wenn die Magnet-Aktorik nicht bestromt wird, sich das Magnetventil in seinem geschlossenen Zustand befindet. Die Magnet-Aktorik wirkt dabei auf einen in einem Gehäuse axial verschiebbar gelagerten Anker, an dessen einem Ende ein Ventildichtkörper angeordnet ist, der mit einem entsprechenden Ventilsitz zum Verschließen oder Freigeben einer Durchströmungsöffnung zusammenwirkt. Dem anderen Ende des Ankers ist ein Polkern der Magnet-Aktorik zugeordnet, der bei anlegen einer Spannung ein magnetisches Feld auf den Anker ausübt, um diesen axial zu verlagern. Damit das Ventil bei Stromausfall geschlossen bleibt, ist eine zwischen dem Polkern und dem Anker vorgespannt wirkende Druckfeder vorgesehen. Hierbei ist es bekannt, die Druckfeder direkt zwischen dem Polkern und dem Anker anzuordnen. Bei der Montage stellt sich die Vorspannkraft der Druckfeder ein, wenn der Polkern in dem Gehäuse an entsprechender (axialer) Position befestigt, beispielsweise eingepresst wird. Die Vorspannkraft wird stark durch die unterschiedlichen Teiltoleranzen, wie beispielsweise bezüglich der Länge der Druckfeder, dem Einbauraum der Druckfeder und/oder der Federrate, stark beeinflusst. Dies kann sich negativ auf die Funktion des Magnetventils auswirken. Darüber hinaus sind zur Entlüftung des Magnetventils sowie zum Austausch des Fluids bei einer Hub-Bewegung des Ankers Längsnuten an der Mantelaußenfläche des Ankers vorgesehen, die die den Magnetkreis beeinflussende Querschnittsfläche des Ankers verringern.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Magnetventil hat den Vorteil, dass zum einen vorliegende Toleranzen sehr viel besser berücksichtigt und/oder kompensiert werden können, und zum anderen, dass die maximal wirkende Magnetkraft erhöht wird. Das erfindungsgemäße Magnetventil zeichnet sich dadurch aus, dass die Druckfeder in einem Axialdurchgang des Ankers zwischen einem in dem Axialdurchgang in wählbarer Position kraft- und/oder formschlüssig gehaltenen, den Ventildichtkörper aufweisenden Bolzen und einem bis zu einem Anschlag aus dem Axialdurchgang herausschiebbar angeordneten, den Polkern mit der Vorspannkraft beaufschlagenden Druckstück vorgespannt gehalten ist. Der Anker weist also einen Axialdurchgang auf, der sich kanalartig durch den gesamten Anker axial erstreckt. Bevorzugt ist der Axialdurchgang zentral beziehungsweise mittig/koaxial ausgebildet. Im einfachsten Fall ist der Axialdurchgang als Durchbohrung ausgebildet. In diesem Axialdurchgang liegt die Druckfeder ein und ist zwischen dem Bolzen und dem Druckstück vorgespannt gehalten. Der Bolzen weist den Ventildichtkörper auf, wobei selbstverständlich der Ventildichtkörper auf der dem Anker abgewandten Seite des Bolzens an dem Bolzen angeordnet ist, um mit dem Dichtsitz des Magnetventils zusammenwirken zu können. Der Bolzen ist in wählbarer Position kraft- und/oder formschlüssig in dem Axialdurchgang gehalten. Das bedeutet, dass der Bolzen in unterschiedlichen Axial-Positionen in dem Axialdurchgang haltbar beziehungsweise befestigbar ist. Seine Position in dem Axialdurchgang wird durch eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung festgelegt. Dadurch ist es möglich, den Bolzen bei der Montage unterschiedlich weit in den Axialdurchgang einzuschieben und zu halten. Das Druckstück ist bis zu einem Anschlag aus dem Axialdurchgang herausschiebbar angeordnet. Der Bewegungsweg des Druckstücks in dem Axialdurchgang ist also durch den Anschlag derart begrenzt, dass das Druckstück nicht vollständig aus dem Axialdurchgang herausschiebbar ist. Bis zum Erreichen des Anschlags ist das Druckstück jedoch vollkommen frei (axial) verlagerbar. Im montierten Zustand beaufschlagt das Druckstück den Polkern mit der Vorspannkraft der Druckfeder. Das bedeutet, dass im montierten Zustand das Druckstück beabstandet zu dem (Axial-)Anschlag gehalten ist, da dann der Bewegungsweg des Druckstücks durch den Polkern begrenzt wird. Bei der Montage des Magnetventils ist es nunmehr möglich, die Vorspannkraft der Druckfeder genau einzustellen. Durch Verschieben des Bolzens in den Axialdurchgang hinein wird die Druckfeder gegen das Druckstück verspannt, das bei der Montage zweckmäßigerweise noch nicht von dem Polkern beaufschlagt wird, sondern an dem Anschlag des Ankers anliegt. Dadurch ist der Federraum klar definiert und die Vorspannkraft kann beispielsweise in Abhängigkeit von dem Verschiebeweg des Bolzens berechnet werden. Bevorzugt wird der Bolzen jedoch iterativ beziehungsweise stückchenweise immer weiter in den Axialdurchgang eingeschoben, bis die gewünschte Vorspannkraft erreicht ist, wobei die Vorspannkraft nach jedem Einschiebvorgang des Bolzens insbesondere durch Beaufschlagen des Druckstücks mit einer definierten Gegenkraft in Richtung der Druckfeder erfasst wird. Vorteilhafterweise wird die Gegenkraft derart gewählt, dass sie der gewünschten Vorspannkraft entspricht. Lässt sich das Druckstück dann durch die Gegenkraft nicht mehr axial in den Anker hinein verlagern, ist die gewünschte Vorspannkraft erreicht. Anschließend wird der Anker mitsamt Bolzen, Druckfeder und Druckstück als Vormontagegruppe verbaut. Das Magnetventil erlaubt es somit auf einfache Art und Weise die Vorspannkraft der Feder genau einzustellen und damit gegebene Teiletoleranzen zu kompensieren.
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Bevorzugt ist der Bolzen in den Axialdurchgang eingepresst. Der Bolzen und der Axialdurchgang bilden somit eine Presspassung, die den Bolzen kraftschlüssig in dem Axialdurchgang hält. Zum Einschieben des Bolzens, um die Vorspannkraft der Druckfeder einzustellen, muss lediglich die Klemmkraft der Presspassung überwunden werden. Dies bietet eine besonders einfache Arretierung des Bolzens an einer gewünschten Position in dem Axialdurchgang. Alternativ wäre auch ein selbsthemmendes Gewinde denkbar, mittels dessen sich der Bolzen in den Axialdurchgang bis zum Erreichen der gewünschten Vorspannkraft eindrehen lässt.
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Vorteilhafterweise ist das Druckstück T-förmig ausgebildet, wobei es mit seinem zumindest im Wesentlichen zylinderförmigen Grundkörper (Längsbalken) aus dem Axialdurchgang herausragt, um den Polkern mit der Vorspannkraft beaufschlagen zu können. Ein sich über den Umfang des Grundkörpers erstreckender Radialvorsprung (Querbalken) wirkt mit einem in den Axialdurchgang ragenden Vorsprung, der den Anschlag bildet, zusammen. Die T-förmige Ausbildung des Druckstücks versteht sich in diesem Zusammenhang in Bezug auf die Kontur des Druckstücks im Längsschnitt.
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Vorteilhafterweise ist der Axialdurchgang an dem zu dem Polkern zugeordneten Ende verjüngt ausgebildet. Hierdurch wird der Vorsprung, der als Anschlag dient, ausgebildet. Bevorzugt ist die Verjüngung als Stufe ausgebildet, sodass der Vorsprung eine axiale Anschlagsfläche bildet.
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Vorteilhafterweise ist die Druckfeder als Schraubenfeder ausgebildet. Diese erlaubt aufgrund ihrer Dauerbelastungsfähigkeit einen dauerhaft zuverlässigen Betrieb des Magnetventils.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass der Bolzen und/oder das Druckstück an ihrer Mantelaußenfläche jeweils mindestens eine Längsnut aufweisen. Die Längsnut erstreckt sich dabei von einem Ende bis zum anderen Ende des Bolzens beziehungsweise des Druckstücks, sodass eine Fluidverbindung beziehungsweise ein Fluidkanal entlang des Bolzens und/oder des Druckstücks geboten wird, durch welchen das Fluid, beispielsweise Bremsflüssigkeit, während eines Hub-Vorgangs strömen kann. Hierdurch können die sonst üblichen, an der Mantelaußenfläche des Ankers vorgesehenen Längsnuten entfallen, sodass der Anker vorteilhafterweise längsnutenfrei ausgebildet ist. Dadurch wird die für die Magnet-Aktorik relevante Querschnittsfläche des Ankers vergrößert. Damit wird die maximal mögliche Magnetkraft, mit der der Anker betätigbar ist, erhöht.
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Schließlich ist vorgesehen, dass der Ventildichtkörper einstückig mit dem Bolzen ausgebildet ist. Da der Bolzen fest in den Axialdurchgang eingepresst oder auf eine andere Art und Weise form- und/oder kraftschlüssig in dem Axialdurchgang gehalten ist, ist auch der Ventildichtkörper fest mit dem Anker verbunden, wodurch sich eine besonders kompakte und zuverlässige Baugruppe ergibt.
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Der erfindungsgemäße Anker zeichnet sich dadurch aus, dass die Axialaufnahme als Axialdurchgang ausgebildet und die Druckfeder in dem Axialdurchgang zwischen einem in wählbarer Position kraft- und/oder formschlüssig gehaltenen, den Ventilkörper aufweisenden Bolzen und einem bis zu einem Anschlag aus dem Axialdurchgang herausschiebbaren Druckstück vorgespannt gehalten ist. Wie oben bereits beschrieben, lässt sich die Vorspannkraft der Druckfeder in dem Anker durch Einschieben des Bolzens in den Axialdurchgang auf einfache Art und Weise einstellen. Der Anker kann somit auch beispielsweise in unterschiedlichen Ventilen beziehungsweise Magnetventilen vorgesehen werden, die unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden müssen. Die Vorspannkraft der Druckfeder kann dabei jeweils an den jeweiligen Anwendungsbereich optimal angepasst werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die oben bereits beschriebenen Schritte aus, wobei zunächst das Druckstück und anschließend die Schraubenfeder in den Axialdurchgang eingebracht werden, und schließlich der Bolzen derart weit in den Axialdurchgang eingebracht wird, bis die zwischen dem Bolzen und dem Druckstück nunmehr vorgespannte Druckfeder die gewünschte Vorspannkraft erreicht. Die Vorspannkraft wird bevorzugt über das Druckstück gemessen. Vorzugsweise wird die Vorspannkraft oder das Erreichen der Vorspannkraft durch Beaufschlagen des Druckstücks mit einer bestimmten, der Vorspannkraft entgegengerichteten Kraft (Gegenkraft) ermittelt. Bevorzugt wird der Bolzen in den Axialdurchgang insbesondere iterativ eingepresst.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 ein vorteilhaftes Magnetventil in einer Längsschnittdarstellung,
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2 ein Druckstück des Magnetventils in einer perspektivischen Darstellung,
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3 einen Bolzen des Magnetventils in einer perspektivischen Darstellung und
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4 einen Anker des Magnetventils in einer perspektivischen Darstellung.
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Die 1 zeigt in einer Längsschnittdarstellung ein Magnetventil 1 für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs. Das Magnetventil 1 umfasst ein Gehäuse 2, das als zylinderförmige Hülse 3 ausgebildet ist, und in dem ein ebenfalls zylinderförmiger Anker 4 längsverschieblich beziehungsweise axial verlagerbar angeordnet ist. Einem ersten Ende 5 des Ankers 4 ist ein zu dem Anker 4 in Reihe geschalteter beziehungsweise angeordneter Polkern 6 zugeordnet, der in dem Gehäuse 2 beispielsweise mittels einer Schweißverbindung 7 arretiert ist. Dem gegenüberliegenden Ende 8 des Ankers 4 ist ein von dem Gehäuse 2 gehaltener Ventilkörper 9 zugeordnet, der eine Durchströmungsöffnung 10 aufweist, die zentral ausgebildet und mit einem Dichtsitz 11 versehen ist.
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Der Anker 4 weist eine als Axialdurchgang 12 ausgebildete Axialaufnahme 13 auf, die sich zentral durch den Anker 4 erstreckt. Zu dem Ende 5 des Ankers 4 hin ist der Axialdurchgang 12 derart verjüngt ausgebildet, dass er einen radial einwärts ragenden Vorsprung 14 aufweist, der einen axialen Anschlag 15 bildet. In dem verjüngten Bereich des Axialdurchgangs 12 ist ein T-förmiges Druckstück 16 längsverschieblich angeordnet, wobei sich der zumindest im Wesentlichen zylinderförmige Grundkörper durch den verjüngten Bereich des Axialdurchgangs 12 hindurch erstreckt, und ein sich über den Umfang des Grundkörpers erstreckender Radialvorsprung 17 in dem Axialdurchgang 12 mit dem Anschlag 15 derart zusammenwirkt, dass das Druckstück 16 bis zum Anschlag 15 aus dem Axialdurchgang 12 herausschiebbar ist. Die Länge des Grundkörpers ist größer als die Länge des verjüngten Bereichs des Axialdurchgangs 12, sodass das Druckstück 16 an seinem freien Ende 18 von dem Anker 4 beziehungsweise dessen Ende 5 hervorsteht, zumindest wenn der Radialvorsprung 17, der an dem dem Ende 18 gegenüberliegenden Ende des Druckstücks 16 angeordnet/ausgebildet ist, an dem Anschlag 15 anliegt.
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Der Anker 4 weist weiterhin einen Bolzen 19 auf, der ebenfalls in den Axialdurchgang 12, jedoch beabstandet zu dem Druckstück 16 eingebracht ist. Der Bolzen 19 weist einen axial vorstehenden Ventildichtkörper 20 auf, der mit dem Dichtsitz 11 zusammenwirken kann, um die Durchströmungsöffnung 10 zu verschließen. Vorteilhafterweise ist der Ventildichtkörper 20 einstückig mit dem Bolzen 19 ausgebildet. Der Außendurchmesser des Bolzens 19 und der Innendurchmesser des Axialdurchgangs 12 sind derart gewählt, dass eine Presspassung gebildet wird, sodass der Bolzen 19 bei der Montage des Ankers 4 in den Axialdurchgang 12 bis zu einer gewünschten Position axial eingepresst wird. Dort wird der Bolzen 19 dann kraftschlüssig durch den Pressverband an dem Anker 4 gehalten.
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Zwischen dem Bolzen 19 und dem Druckstück 16 ist in dem Axialdurchgang 12 weiterhin eine Druckfeder 21 angeordnet, die vorliegend als Schraubenfeder 22 ausgebildet und zwischen dem Druckstück 16 und dem Bolzen 19 verspannt ist.
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Bei der Montage des Magnetventils 1 beziehungsweise des Ankers 4 wird zuerst das Druckstück 16 in den Axialdurchgang 12 eingebracht, bis es mit dem Radialvorsprung 17 an dem Anschlag 15 anliegt. Anschließend wird die Druckfeder 21 in den Axialdurchgang 12 eingebracht. Abschließend wird der Bolzen 19 in den Axialdurchgang 12 eingepresst, sodass die Druckfeder 21 zwischen dem Druckstück 16 und dem Bolzen 19 verspannt wird. Um eine gewünschte Vorspannung der Druckfeder 21 zu erreichen, wird der Bolzen 19 iterativ, also schrittweise in den Axialdurchgang 12 eingeschoben. Da der Anker 4 bei diesem Herstellungsschritt noch nicht in dem Gehäuse 2 verbaut ist, ist gewährleistet, dass das Druckstück 16 dabei an dem Anschlag 15 anliegt. Um sicherzustellen, dass die gewünschte Vorspannung der Druckfeder 21 erreicht wird, wird nach jedem Einschiebvorgang des Bolzens 19 eine bestimmte Gegenkraft auf das Druckstück 16 in Richtung des Bolzens 19 ausgeübt. Entspricht die Gegenkraft der gewünschten Vorspannung der Druckfeder 21, lässt sich das Druckstück 16 nicht mehr in den Axialdurchgang 12 hineinverlagern, sodass auf einfache Art und Weise das Erreichen der gewünschten Vorspannkraft 21 erfasst werden kann. Alternativ kann auch dem Ende 18 des Druckstücks 16 ein Kraft-Messgerät zugeordnet werden, welches das Druckstück 16 um einen bestimmten Weg in den Axialdurchgang 12 hineinverlagert, sodass das Druckstück 16 nicht an dem Anschlag 15 anliegt. Wird durch Einschieben des Bolzens 19 die Vorspannkraft erhöht, kann dies durch das Kraft-Messgerät schnell und einfach erfasst werden. Der Bolzen 19 wird somit so lange beziehungsweise weit in den Axialdurchgang 12 eingetrieben, bis die gewünschte Vorspannkraft der Druckfeder 21 erreicht ist. Anschließend wird der Anker 4 in dem Gehäuse 2 des Magnetventils 1 verbaut, sodass der Ventildichtkörper 20 in dem Ventilsitz 11 sitzt und das Druckstück 16 den Polkern 6 mit der Vorspannkraft der Druckfeder 21 oder gegebenenfalls einer etwas höheren Vorspannkraft, die sich dadurch ergibt, dass das Druckstück 16 ein Stück weit in den Axialdurchgang 12 eingeschoben ist, beaufschlagt. Die Vorspannkraft der Druckfeder 21 führt dazu, dass der Ventildichtkörper 20 in den Ventilsitz 11 gepresst und dadurch die Durchströmungsöffnung verschlossen wird. Durch Betätigen einer Magnet-Aktorik, zu der auch der Polkern 6 gehört, wird der Anker 4 in Richtung eines Pfeils 23 zu dem Polkern 6 hin bewegt, sodass sich der Ventildichtkörper 20 von dem Ventilsitz 11 löst und dadurch die Durchströmungsöffnung 10 freigibt.
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Da die Vorspannung der Druckfeder 21 sehr genau einstellbar ist, können Fertigungstoleranzen bezüglich der Komponenten des Magnetventils 1, und insbesondere der Komponenten des Ankers 4, optimal kompensiert beziehungsweise ausgeglichen werden, sodass stets ein sicheres Verschließen der Durchströmungsöffnung 10 sowie ein sicheres Freigeben der Durchströmungsöffnung 10 gewährleistet wird. Darüber hinaus verringert sich der Aufwand zur Herstellung der Einzelteile des Magnetventils 1, da bei der Fertigung auf die möglichen Fertigungstoleranzen nunmehr weniger Rücksicht genommen werden muss. Dadurch ergibt sich insgesamt ein einfaches und kostengünstig herstellbares Magnetventil 1, dessen zuverlässiger Betrieb dauerhaft gewährleistet wird.
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Die 2 zeigt das Druckstück 16 in einer perspektivischen Darstellung. Das Druckstück 16 weist in seiner Mantelaußenfläche 24 zwei gegenüberliegend angeordnete Längsnuten 25 auf, die jeweils einen Fluidkanal 26 bilden.
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Der in der 3 in einer perspektivischen Darstellung gezeigte Bolzen 19 weist vorteilhafterweise ebenfalls in seiner Mantelaußenfläche 27 zwei gegenüberliegend angeordnete Längsnuten 28 auf, die jeweils einen Fluidkanal 29 bilden. Natürlich können auch mehr oder weniger Längsnuten 25 beziehungsweise 28 an dem Druckstück 16 beziehungsweise an dem Bolzen 19 vorgesehen sein. Auch müssen die Längsnuten 25, 28 nicht, wie dargestellt, einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Ebenso sind gekrümmte, dreieckige oder mehreckige Querschnitte denkbar. Die Längsnuten 25, 28 erlauben im Betrieb ein Durchströmen des Ankers 4 durch das Fluid insbesondere während eines Hub-Vorgangs des Ankers 4, sodass ein Druckausgleich stattfinden kann. Ebenso können die Längsnuten 25, 28 zur Entlüftung des Magnetventils 1 genutzt werden. Durch das Vorsehen der Längsnuten 25, 28 können die sonst üblicherweise an der Mantelaußenseite des Ankers 4 vorgesehenen Längsnuten entfallen, wodurch die maximal auf den Anker 4 wirkende Magnetkraft erhöht wird.
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Die 4 zeigt den Anker 4 in einer perspektivischen Draufsicht auf das Ende 5. Bei dem Anker 4, der zusammen mit dem Druckstück 16, der Druckfeder 21 und dem Bolzen 19 eine Vormontagegruppe 30 bildet, wird durch die Vorspannung der Druckfeder 21 das Druckstück 16 im unbelasteten Zustand aus dem Anker 4 herausgedrückt, sodass es von dem Ende 5 des Ankers 4 derart vorsteht, dass über das Druckstück 16 die Vorspannkraft der Druckfeder 21 beziehungsweise der Schraubenfeder 22 erfasst und im verbauten Zustand die Vorspannkraft auf den Polkern übertragen werden kann.
