DE102013218121A1

DE102013218121A1 - Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen

Info

Publication number: DE102013218121A1
Application number: DE201310218121
Authority: DE
Inventors: Christoph Voss
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-03-12

Abstract

Es wird ein zweistufiges stromlos offenes Elektromagnet-ventil für eine hydraulisch geregelte Bremsanlage be-schrieben, wobei das Ventil zwei Ventildurchlässe (4, 5) aufweist, wobei der erste Ventildurchlass (4) einen kleinen und der zweite Ventildurchlass (5) einen größeren Querschnitt aufweist. Der erste Ventildurchlass (4) ist in einem zweiten Ventilschließkörper (3) ausgebildet. Dieser wird von einer Rückstellfeder (8) gegen einen ersten Ventil-schließkörper (2) vorgespannt, so dass in der Grund-stellung des Ventils der erste Ventildurchlass (4) geschlossen ist. Diese Anordnung hat u. a. den Vorteil, dass das Öffnen des Ventils in zwei Schritten erfolgt. Beim Öffnen des Ventils kann der Differenzdruck am ersten Ventildurchlass (4) noch nicht von der Kraft der Rück-stellfeder (8) überwunden werden, so dass der zweite Ventilschließkörper (3) zunächst noch den zweiten Ventildurchlass (5) geschlossen hält. Erst nachdem der Differenzdruck abgesenkt ist, wird der zweite Ventildurchlass (5) geöffnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein stromlos offenes Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten ersten und einem zweiten Ventilschließkörper, die in koaxialer Anordnung im Ventilgehäuse einen ersten als auch einen zweiten Ventildurchlass zu öffnen oder zu verschließen vermögen, wobei der erste Ventildurchlass im zweiten Ventilschließkörper gelegen ist, mit einem in das Ventilgehäuse einmündenden Druckmitteleinlass und einem Druckmittelauslass, wobei der erste Ventilschließkörper abhängig von der Erregung eines Elektromagneten in Bezug auf den zweiten Ventilschließkörper gegen die Kraft einer Servofeder bewegbar ist und wobei der zweite Ventilschließkörper unter dem Einfluss einer Rückstellfeder den zweiten Ventildurchlass freigibt.
Ein derartiges Elektromagnetventil ist in der DE 10 2011 080 176 A1 beschrieben. Der erste Ventilschließkörper ist in einem Mitnehmer durch die Kraft einer Spannfeder gefesselt gehalten. Der Mitnehmer wird in einer Führungshülse geführt, wobei die unter Kante des Mitnehmers sich am zweiten Ventilschließkörper abstützt. Dieser ist mittels einer Rückstellfeder, die sich an einem nach innen gerichteten Flansch der Führungshülse abstützt, in Offenstellung gehalten. Mit Betätigung des Elektromagneten wirkt eine Stellkraft auf den ersten Ventilschließkörper, der in Schließrichtung verschoben wird und dabei wegen der Fesselung den Mitnehmer mitnimmt. Da dieser sich am zweiten Ventilschließkörper abstützt, wird dieser auch in Schließrichtung gegen die Kraft der Rückstellfeder verschoben, bis der zweite Ventildurchlass geschlossen ist. Wenn die Stellkraft weiter erhöht wird, bewegt sich der erste Ventilschließkörper unter Zusammendrückung der Spannfeder und unter Zurücklassung des Mitnehmers gegen den ersten Ventildurchlass. Da der zweite Ventilschließkörper am zweiten Ventildurchlass anliegt, wird die Rückstellfeder bei der Annäherung des ersten Ventilschließkörpers an den ersten Ventildurchlass nicht weiter zusammengedrückt.
Diese Anordnung der beiden Ventildurchlässe, die bei geöffneter Stellung des Ventils beide offen sind, hat zur Folge, dass zum vollständigen Schließen des Ventils der Hub des Elektromagneten ausreichend sein muss, um sowohl den Schließweg für den ersten Ventildurchlass als auch für den zweiten Ventildurchlass zu durchlaufen. Dadurch wird die Schließzeit des Ventils vergrößert.
Die Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, ein schnell schließendes Ventil zu schaffen, das trotzdem in der Lage ist, beim Öffnen den Ventildurchlass gestuft zu öffnen.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die Rückstellfeder den zweiten Ventilschließkörpers in eine Position zum ersten Ventilschließkörper vorspannt, bei der der erste Ventildurchlass geschlossen ist.
In der Grundstellung des Ventils ist somit der erste Ventildurchlass schon geschlossen, während nur der zweite geöffnet ist. Zum Schließen des Ventils braucht daher lediglich der Hub zum Schließen des zweiten Ventildurchlasses durchlaufen werden.
Trotzdem wird beim Öffnen des Ventils zunächst der erste Ventildurchlass freigegeben, da der zweite Ventilschließkörper, in dem sich dieser Ventildurchlass befindet, vom Differenzdruck zwischen dem Druck im Druckmitteleinlass und dem im Druckmittelauslass gegen die Kraft der Rückstellfeder geschlossen gehalten wird. Erst wenn der Druck im Druckmitteleinlass gegenüber dem Druck im Druckmittel-auslass so weit abgesenkt ist, dass die Rückstellfeder in der Lage ist, den zweiten Ventilschließkörper anzuheben, wird der zweite Ventildurchlass geöffnet.
Dabei ist vorzugsweise der Öffnungsquerschnitt des zweiten Ventildurchlasses größer als der des ersten, so dass beim Öffnen des Ventils die Druckanpassung über den zunächst geöffneten ersten Ventildurchlass gedrosselt erfolgt, dann aber ungedrosselt, sobald der zweite Ventildurchlass durch die Rückstellfeder geöffnet wird.
Um zu einem kompakten Aufbau zu kommen, ist vorgesehen, dass die Servofeder, gegen die der Elektromagnet arbeitet, in einer außen am Ventilgehäuse angeordneten Vertiefung liegt. Im Ventilgehäuse selbst braucht daher nur die Rückstellfeder angeordnet zu werden.
Vorzugsweise ist weiterhin der erste Ventilschließkörper mit einem Anker des Elektromagneten mittels einer Druck-stange verbunden und die Servofeder am Anker abgestützt.
Damit die Rückstellfeder in dem oben genannten Sinne wirken kann, ist vorgesehen, dass in einer einseitig offenen Längsbohrung im Ventilgehäuse eine Führungshülse koaxial zum zweiten Ventilschließkörper befestigt ist, wobei die Rückstellfeder an einem nach innen ragenden Flansch der Führungshülse anliegt. Im offenen Ende der Längsbohrung befindet sich der Druckmittelauslass mit einem Einsatz, in dem sich der zweite Ventildurchlass befindet.
Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigt die
1 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Ventil in der stromlosen Grundstellung, in der der zweite Ventildurchlass geöffnet ist, und die
2 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Ventil in einer Zwischenphase beim Öffnen des Ventils, in der zunächst nur der erste Ventildurchlass geöffnet ist.
Die 1 zeigt im Längsschnitt ein Elektromagnetventil, wie es bevorzugt in schlupfgeregelten Kraftfahrzeug-Bremsanlagen zum Einsatz kommt. Das Elektromagnetventil weist eine in einem Ventilgehäuse 1 angeordneten ersten und einen zweiten Ventilschließkörper 2, 3 auf, die in koaxialer Anordnung einen ersten als auch einen zweiten Ventildurchlass 4, 5 zu öffnen oder zu verschließen vermögen. Ferner befindet sich radial zur Ventillängsachse oberhalb des zweiten Ventildurchlasses 5 in dem Ventilgehäuse 1 eine als Druckmitteleinlass 6 fungierende Querbohrung sowie in der Ventillängsachse unterhalb des zweiten Ventildurchlasses 5 ein Druckmittelauslass 7. Eine Rückstellfeder 8 drückt den zweiten Ventilschließkörper 3 gegen den ersten Ventilschließkörper 2, so dass der erste Ventildurchlass 4 geschlossen und der zweite Ventildurchlass 5 offen ist.
Zum Schließen des Ventils wird ein oberhalb des Ventilgehäuses angeordneter Elektromagnet 9 erregt, so dass der am ersten Ventilschließkörper 2 anliegende zweite Ventilschließkörper 3 gegen den zweiten Ventildurchlass 5 gedrückt wird und diesen verschließt. Gleichzeitig wird der im zweiten Ventilschließkörper 3 gelegene erste Ventildurchlass 4 geschlossen gehalten.
Zum Öffnen des Ventils, wird der Elektromagnet stromlos gestellt, so dass eine Servofeder 10 den ersten Ventilschließkörper 3 anhebt, wodurch der erste Ventildurchlass 4 freigegeben wird. Wegen der am zweiten Ventilschließkörper 3 noch anliegenden Druckdifferenz verbleibt dieser zunächst noch in seiner den zweiten Ventildurchlass 5 schließenden Stellung. Erst wenn die Druckdifferenz genügend klein wird, wird der zweite Ventilschließkörper 3 unter dem Einfluss der Rückstellfeder 8 den zweiten Ventildurchlass 5 freigeben, so dass ein im Druckmitteleinlass 6 anstehendes Druckmittel entlang einem Strömungsweg innerhalb des Ventilgehäuses 1 weitgehend ungedrosselt zum Druckmittelauslass 7 gelangt.
Im Einzelnen ist das Ventil wie folgt aufgebaut: Die Servofeder 10 ist in einer Vertiefung 11 an der Oberseite des Ventilgehäuses 1 angeordnet. Sie stützt sich am Boden dieser Vertiefung 11 und an einem Anker 12 des Elektromagneten 9 ab. Der Anker 12 ist mit einer Druckstange 13 verbunden, die durch einen Längskanal 14 in eine Längsbohrung 15 im Ventilgehäuse 1 geführt ist und deren Kopf als erster Ventilschließkörper 2 ausgebildet ist. Die Längsbohrung 15 ist zur Unterseite des Ventilgehäuses 1 hin offen, wobei diese offene Seite den Druckmittelauslass 7 des Ventils bildet. Unterhalb des zweiten Ventilschließkörpers 3 befindet sich im Druckmittelauslass 7 ein Einsatz 16 mit dem zweiten Ventildurchlass 5. Koaxial zu der Druckstange 13 befindet sich in der Längsbohrung 15 des Ventilgehäuses 1 eine dort befestigte Führungshülse 17, in der der zweite Ventilschließkörper 3 axial geführt ist. Der zweite Ventilschließkörper 3 weist eine Durchlassbohrung auf, die als erster Ventildurchlass 4 fungiert.
Die Rückstellfeder 8 ist zwischen einem nach innen gerichteten Flansch der Führungshülse 17 und einem Kragen 18 am zweiten Ventilschließkörper 3 angeordnet.
Der erste Ventildurchlass hat typischerweise einen Querschnitt von 0,2 mm², während der zweite Ventildurchlass typischerweise einen Durchmesser von 2 mm² aufweist.
Der Druckmitteleinlass 6 des Ventils wird durch eine Querbohrung 21 durch das Ventilgehäuse 1 gebildet, während der Druckmittelauslass 7 des Ventils durch die Mündung der Längsbohrung 15 im die untere Stirnseite des Ventilgehäuses gebildet ist.
Die elektromagnetische Betätigung des Ventils ist wie folgt realisiert:
Das obere Ende des Ventilgehäuses bildet einen Magnetkern 19. Oberhalb des Magnetkerns 19 befindet sich der zylinderförmige Anker 12 innerhalb einer Kappe 20 in Form einer einseitig geschlossenen Hülse, die auf den Magnetkern 19 aufgesteckt ist und mit diesem druckmitteldicht verbunden ist. Um die Kappe 20 herum befindet sich eine hier nicht näher dargestellte Spule, die den Anker 12, wenn sie stromdurchflossen ist, magnetisiert, so dass er vom Magnetkern 19 angezogen wird.
Um die Bewegung des Ankers 12 auf das Ventil zu übertragen, befindet sich in dem Längskanal 14 des Magnetkerns 19 eine aus Kunststoff bestehende Druckstange 13, die einerseits am Anker 12 und anderseits in den ersten Ventilschließkörper 2 einstückig übergeht. Der erste Ventilschließkörper 2 ist dazu als konusförmiges und kalottenförmiges Ende der Druckstange 13 ausgebildet. Zum ungehinderten Volumenausgleich des oberhalb und unterhalb des Magnetkerns 19 befindlichen Flüssigkeitsvolumens kann die Druckstange 13 oder der Längskanal 14 mit Längsnuten versehen werden.
Mehrere der in 1 gezeigten Ventile werden in einen hier nicht dargstellten Ventilblock eingesetzt, der hydraulische Verbindungen zu Radbremszylindern (RAD) und einem Hauptbremszylinder (THZ) einer Fahrzeug-Bremsanlage hat. Der Ventilblock ist mit Druckmittelkanälen versehen, so dass der Druckmitteleinlass 6 mit dem Hauptbremszylinder und der Druckmittelauslass 7 mit einem der Radbremszylinder verbunden ist.
Wie man an der 1 erkennen kann, drückt die Rückstellfeder 8 den zweiten Ventilschließkörper 3 gegen den ersten Ventilschließkörper 2, so dass der erste Ventildurchlass 4 in der Grundstellung des Ventils geschlossen ist. Die Rückstellfeder 8 hält dabei gleichzeitig den zweiten Ventilschließkörper 3 auf Abstand zum zweiten Ventildurchlass 5, so dass dieser geöffnet ist.
Der Schließweg für den zweiten Ventildurchlass 5 entspricht ungefähr 0,5 mm, was dem Spalt zwischen dem Anker 12 und der ihm gegenüberliegenden Stirnseite des Magnetkerns 19 entspricht.
Zum Schließen des Ventils wird die Spule, die sich um den Anker 12 befindet, mit Strom beaufschlagt, so dass sich ein Magnetfeld bildet, das den Anker 12 magnetisiert, der dadurch an den Magnetkern 19 gezogen wird. Dadurch wirkt die Druckstange auf den ersten Ventilschließkörper 2 ein, der in Folge den zweiten Ventilschließkörper 3 auf den zweiten Ventildurchlass 5 setzt, so dass nun auch dieser geschlossen ist.
In der 2 ist die Situation beim Öffnen des Ventils dargestellt. Um das Öffnungsverhalten zu verstehen, müssen zusätzlich zu den Federkräften auch die auf die Ventilschließkörper 2, 3 einwirkenden Drücke in der Bremsflüssigkeit im Druckmitteleinlass 6 und im Druckmittel-auslass 7 berücksichtigt werden.
Zum Öffnen des Ventils wird die Spule stromlos gestellt, so dass der Anker 12 von der Stirnfläche des Ventilgehäuses 1 durch die Wirkung der Servofeder 10 abgehoben wird. Dadurch öffnet sich zunächst nur der erste Ventildurchlass 4, da der zweite Ventilschließ-körper 3 zunächst aufgrund der Differenz zwischen dem Druck am Druckmitteleinlass 6 und dem Druck am Druck-mittelauslass 7 zurückbleibt. Die Rückstellfeder 8 ist nicht in der Lage, diesen Differenzdruck zu überwinden. Diese Zwischenstellung des Ventils ist in der 2 spezifisch dargestellt.
Erst wenn der Druck im Druckmittelauslass 7 sich dem Druck am Druckmitteleinlass 6 über den ersten Ventildurchlass 4 angenähert hat, ist die Rückstellfeder 8 in der Lage, den zweiten Ventilschließkörper 3 anzuheben, wodurch der erste Ventildurchlass 4 geschlossen und der zweite Ventildurchlass 5 geöffnet wird.
Beim Schließen des Ventils wirkt der Druck am Druckmit-teleinlass 6 unterstützend zur Stellkraft des Elektro-magneten auf den zweiten Ventilschließkörper 3 ein, so dass der Elektromagnet insgesamt schwächer, als aus dem Stand der Technik bekannt, ausgelegt werden kann.
Außerdem hat das Ventil den Vorteil, dass jede der beiden Federn 8, 10 in Öffnungsrichtung wirkt, so dass bei einem stromlosen Ventil jede der Federn 8, 10 in der Lage ist, die Verbindung zwischen dem Druckmitteleinlass 6 und dem Druckmittelauslass 7, also zwischen dem Hauptbremszylinder (THZ) und dem Radbremszylinder (RAD), zu öffnen. Sollte die Rückstellfeder 8 defekt oder gebrochen sein, öffnet zumindest die Servofeder 10 den ersten, kleinen Ventildurchlass 4. Sollte diese defekt sein, öffnet die Rückstellfeder 8 den zweiten, großen Ventildurchlass 5.
Bezugszeichenliste

1: Ventilgehäuse
2: 1. Ventilschließkörper
3: 2. Ventilschließkörper
4: 1. Ventildurchlass
5: 2. Ventildurchlass
6: Druckmitteleinlass
7: Druckmittelauslass
8: Rückstellfeder
9: Elektromagnet
10: Servofeder
11: Vertiefung
12: Anker
13: Druckstange
14: Längskanal
15: Längsbohrung
16: Einsatz
17: Führungshülse
18: Kragen
19: Magnetkern
20: Kappe
21: Querbohrung

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 102011080176 A1 [0002]

Claims

Stromlos offenes Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem in einem Ventilgehäuse (1) angeordneten ersten und einem zweiten Ventilschließkörper (2, 3), die in koaxialer Anordnung im Ventilgehäuse (1) einen ersten als auch einen zweiten Ventildurchlass (4, 5) zu öffnen oder zu verschließen vermögen, wobei der erste Ventildurchlass (4) im zweiten Ventilschließkörper gelegen ist, mit einem in das Ventilgehäuse (1) einmündenden Druckmitteleinlass (6) und einem Druckmittelauslass (7), wobei der erste Ventilschließkörper (2) abhängig von der Erregung eines Elektromagneten in Bezug auf den zweiten Ventilschließkörper (3) gegen die Kraft einer Servofeder (10) bewegbar ist und wobei der zweite Ventilschließkörper (3) unter dem Einfluss einer Rückstellfeder (8) den zweiten Ventildurchlass (5) freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder den zweiten Ventilschließkörper (2, 3) in eine Position zum ersten Ventilschließkörper vorspannt, bei der der erste Ventildurchlass geschlossen ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt des zweiten Ventildurchlasses (5) größer ist als der des ersten Ventildurchlasses (4).
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Servofeder (10) in einer außen am Ventilgehäuse (1) angeordneten Vertiefung (11) liegt.
Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilschließkörper (2) mit einem Anker (12) des Elektromagneten mittels einer Druckstange (13) verbunden und die Servofeder (10) am Anker (12) abgestützt ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer einseitig offenen Längsbohrung (15) im Ventilgehäuse (1) eine Führungshülse (17) koaxial zum zweiten Ventilschließkörper (3) befestigt ist, wobei die Rückstellfeder (8) an einem nach innen ragenden Flansch der Führungshülse (17) anliegt.