DE102013224080A1

DE102013224080A1 - Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen

Info

Publication number: DE102013224080A1
Application number: DE102013224080.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph Voss
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil mit zwei Ventilschließkörpern (1, 2), wobei der zweite Ventilschließkörper (2) zur Strömungs- und Gewichtsoptimierung auf seiner dem ersten Ventilschließkörper (1) zugewandten Stirnfläche mehrere über den Umfang verteilte Führungsstege (6) aufweist, die sich zwischen dem ersten Ventilschließkörper (1) und dem Ventilgehäuse (3) entlang einem den ersten Ventilschließkörper (1) aufnehmenden Bereich des Magnetankers (4) axial erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2005 014 100 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil der angegebenen Art bekannt geworden, 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. Der zweite Ventilschließkörper befindet sich unterhalb des ersten Ventilschließkörpers in einer Führungshülse angeordnet, die innerhalb des Ventilgehäuses fixiert ist. Zwischen dem zweiten Ventilschließkörper und einem an der Führungshülse angeordneten Anschlag ist eine Feder eingespannt, die den zweiten Ventilschließkörper in Richtung des ersten Ventilschließkörpers beaufschlagt. Die Reihenanordnung beider Ventilschließkörper führt zu einer unerwünscht großen Bauhöhe mit entsprechendem Material- und Gewichtsaufwand sowie zu ungünstigen Voraussetzungen bezüglich einer Evakuierung und Befüllung des Ventilgehäuses mit Bremsflüssigkeit.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen, funktionsgerechten Mitteln kostengünstig und klein-bauend auszuführen und derart zu verbessern, dass die vorgenannten Nachteile nicht auftreten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Elektromagnetventil der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen im nachfolgenden aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor.
Es zeigen:
1 eine Gesamtansicht eines Elektromagnetventils im Längsschnitt, mit einer unmittelbaren Aufnahme und Führung des ersten Ventilschließkörpers im zweiten Ventilschließkörpers,
2 eine vergrößerte Perspektivansicht zur Darstellung der erfindungsgemäßen Einzelheiten des zweiten Ventilschließkörpers,
3 einer Abwandlung des aus 1 bekannten Elektromagnetventils, dessen erster Ventilschließkörper teleskopartig im Magnetanker aufgenommen ist.
Die 1 zeigt in einer erheblichen Vergrößerung ein Elektromagnetventil im Längsschnitt mit einem mehrteiligen, im unteren Gehäusebereich im Tiefziehverfahren dünnwandig ausgeführten Ventilgehäuse 3, das einen Haltekragen aufweist, der durch spanlose Umformung hergestellt und mittels einer Verstemmung in einem massiven mittleren Gehäuseabschnitt 21 fixiert ist. An dem als Kaltschlagteil hergestellten massiven Gehäuseabschnitt 21 schließt sich eine dünnwandige Hülse 22 an, die von einem Stopfen 20 verschlossen ist. Auch der Stopfen 20 besteht aus einem kostengünstigen und hinreichend präzise gefertigten Kaltschlagteil, das mit der Hülse 22 am Außenumfang laserverschweißt ist. Unterhalb des Stopfens 20 befindet sich ein Magnetanker 4, der aus einem Rund- oder Mehrkantprofil durch Kaltschlagen bzw. Fließpressen gleichfalls sehr kostengünstig hergestellt ist. Der Magnetanker 4 verschließt unter der Wirkung einer Rückstellfeder 14 in der Ventilgrundstellung mit dem im stößelförmigen Magnetankerfortsatz 26 befestigten ersten Ventilschließkörper 1 einen in einem zweiten Ventilschließkörper 2 angeordneten ersten Ventildurchlass 13. Der zweite Ventilschließkörper 2 ist als besonders flacher, ringscheibenförmiger Ventilkolben ausgeführt, der unter der Wirkung einer den zweiten Ventilschließkörper 2 vom ersten Ventilsitz 16 anhebenden Feder 12 beaufschlagt ist. Die Feder 12 befindet sich vorteilhaft außerhalb des den Druckmitteleinlasskanal 8 mit dem Druckmittelauslasskanal 9 verbindbaren Strömungswegs.
Infolge der Wirkung der Rückstellfeder 14 auf den ersten Ventilschließkörper 1 verschließt in der abbildungsgemäßen Ventilgrundstellung der zweite Ventilschließkörper 2 einen im unteren Ende des Ventilgehäuses 3 im zweiten Ventilsitz 23 vorgesehenen zweiten Ventildurchlass 15, dessen abhängig vom hydraulischen Differenzdruck freischaltbarer Durchlassquerschnitt erheblich größer ist als der elektromagnetisch freischaltbare Öffnungsquerschnitt am ersten Ventildurchlass 13.
Seitlich in das tiefgezogene Ventilgehäuse 3 mündet auf der Höhe des ersten Ventildurchlasses 13 ein Druckmitteleinlasskanal 8 ein. Unterhalb des zweiten Ventilschließkörpers 2 befindet sich der in dem Druckmittelauslasskanal 9 angeordnete zweite Ventildurchlass 15. Der als Horizontalkanal im Ventilgehäuse 3 dargestellte Druckmitteleinlasskanal 8 setzt sich über mehrere im zweiten Ventilschließkörper 2 großflächig ausgebildete Durchtrittsöffnungen 7 in den Innenraum des Ventilschließkörpers 2 fort, so dass einlassseitiges Druckmittel nach Passieren eines Ringfilters 24 auf kürzestem Weg in den zweiten Ventilschließkörper 2 und dem darin angeordneten ersten Ventilschließkörper 1 gelangt.
Zur ungehinderten Evakuierung und hydraulischen Befüllung des Ventilgehäuses 3 sind zwischen den Führungstegen 6 mehrere rechteckförmige Durchtrittsöffnungen 7 vorgesehen, die sich zur großvolumigen Durchströmung über die Gesamthöhe der Führungsstege 6 erstrecken. Darüber hinaus gewährleisten die großvolumigen Durchtrittsöffnungen 7 beim elektromagnetisch erregten Abheben des ersten Ventilsitzkörpers 1 vom ersten Ventilsitz 16 ideale Voraussetzungen zur hydraulischen Verbindung des Druckmitteleinlasskanals 8 mit dem Druckmittelauslasskanal 9, sodass die Ventildurchströmung unter allen Betriebsbedingungen optimal verläuft.
Der zweite Ventildurchlass 15 ist zur mechanischen Entlastung des Ventilgehäuses 3 in einem scheibenförmigen Ventilsitz 23 vorgesehen, der an der Innenwand des Ventilgehäuses 3 mittels Presssitz gehalten ist.
In vorliegendem Ausführungsbeispiel sieht die Erfindung zur strömungsoptimierten Darstellung insgesamt drei gleichmäßig über den Umfang des zweiten Ventilschließkörpers 2 verteilte Durchtrittsöffnungen 7 vor, wozu der zweite Ventilschließkörper 2 auf seiner dem ersten Ventilschließkörper 1 zugewandten Stirnfläche drei gleichförmig über den Umfang verteilte Führungsstege 6 aufweist, sodass jeweils in einem Abstand zwischen zwei Führungsstegen 6 jeweils eine großzügig bemessene Durchtrittsöffnung 7 ausbilden lässt, die sich analog zu den Führungsstegen 6 zwischen dem ersten Ventilschließkörper 1 und dem Ventilgehäuse 3 entlang einem den ersten Ventilschließkörper 1 aufnehmenden Bereich des Magnetankers 4 axial erstrecken.
Darüber hinaus ist jeder Führungssteg 6 an seinem vom zweiten Ventilschließkörper 2 abgewandten Ende mit einem radialen Vorsprung 5 versehen, an der sich vorteilhaft eine den zweiten Ventilschließkörper 2 in Ventilöffnungsrichtung beaufschlagende Feder 12 abstützt, wobei die Feder 12 gleichzeitig mit ihrem vom Vorsprung 5 abgewandten Ende bauraumoptimiert entweder gemäß der 1 an einer Stufe 25 des tiefgezogenen, topfförmigen Ventilgehäuses 3 oder gemäß der 3 unmittelbar auf einem radial nach innen hervorstehenden Haltekragens 27 ruht.
Wie aus den 1 und 3 hervor geht, ist der den ersten Ventilschließkörper 1 aufnehmenden Bereich des Magnetankers 4 abschnittsweise entlang seiner Mantelfläche zwischen den Führungsstegen 6 aufgenommen und in Axialrichtung auf den im zweiten Ventilschließkörper 2 angeordneten ersten Ventildurchlass 13 geführt, sodass während einer Relativbewegung der Teile lediglich eine minimale Reibung zwischen dem Magnetanker 4 und den Führungsstegen 6 vorherrscht.
Der zweite Ventilschließkörper 2 ist jeweils über den radial nach außen gerichteten Vorsprung 5 entlang der Innenwand des Ventilgehäuses 3 kleinflächig und damit gleichfalls reibungsarm geführt, wobei jeder Führungssteg 6 zum Zwecke der präzisen Ausrichtung des zweiten Ventilschließkörpers 2 im Ventilgehäuse 3 zusätzlich zu jedem Vorsprung 5 einen weiteren kleinflächigen Kontaktabschnitt 10 aufweist, der in einem Axialabstand zu jedem Vorsprung 5 abschnittsweise den Innenumfang des Ventilgehäuses 3 nach Art einer Kufe kontaktiert.
Die 2 zeigt eine vergrößerte Perspektivansicht zur Darstellung der erfindungsgemäßen Einzelheiten des zweiten Ventilschließkörpers 2, wonach der zweite Ventilschließkörper 2 in einstückiger Verbindung die gleichmäßig über den Umfang des plattenförmigen Ventilschließkörpers 2 verteilten drei Führungsstege 6 aufweist, wobei alle abgebildeten Einzelheiten des Ventilschließkörpers 2 aus einem verschleißfesten Kunststoff, insbesondere aus einem Thermoplast (zum Beispiel PEEK) in einem Arbeitsgang sowie besonders klein und leichtbauend hergestellt sind. Der Ventilschließkörper 2 lässt sich somit in Verbindung mit den Führungsstegen 6, dem ersten Ventilsitz 16 sowie dem im Ventilsitz 16 vorgesehenen Ventildurchlass 13 mit äußerst geringem Materialaufwand kostengünstig als Spritzgußteil herstellen.
Die 3 zeigt in einer weiteren Ausgestaltung des in 1 abgebildeten und bereits in den grundlegenden Einzelheiten dargestellten Elektromagnetventils zusätzlich eine den ersten Ventilschließkörper 1 axial beweglich gegenüber dem Magnetanker 4 aufnehmende Mitnehmerhülse 11, die am stößelförmigen Magnetankerfortsatz 26 fixiert ist, sodass der Magnetankerfortsatz 26 nicht wie in der 1 unmittelbar, sondern über die Mitnehmerhülse 11 zwischen den Führungsstegen 6 im zweiten Ventilschließkörper 2 aufgenommen und geführt ist.
In der 3 ist der Magnetanker 4 somit relativ zum ersten Ventilschließkörper 1 teleskopartig bewegbar ausgeführt, so dass vorteilhaft eine elektromagnetische Betätigung des Magnetankers 4 gewährleistet ist, die nicht von der hydraulischen Schließkraft beeinträchtigt wird, die den ersten Ventilschließkörper 1 entgegengesetzt zum Öffnungshub des Magnetankers 4 beaufschlagt. Der erste Ventilschließkörper 1 ist daher in der einfachsten Ausführung über die Mitnehmerhülse 11 mit dem Magnetanker 4 spielbehaftet gekoppelt.
Die Mitnehmerhülse 11 besteht aus einem im Tiefziehverfahren hergestellten Dünnblech, das kraft- und/ oder formschlüssig mit dem Magnetanker 4 verbunden ist und dessen am Umfang des Magnetankerfortsatzes 26 horizontal überstehender Rand 19 den Abschluss bildet.
Um nach einem anfänglichen Teilhub des Magnetankers 4 den ersten Ventilschließkörper 1 vom ersten Ventilsitz anheben zu können, befindet sich am Magnetanker 4 die Mitnehmerhülse 11, die den ersten Ventilschließkörper 1 in gewissen Grenzen relativ beweglich am Magnetanker 4 hält. Die Mitnehmerhülse 11 weist eine ringscheibenförmige Anschlagschulter 18 auf, durch deren Öffnung sich der erste Ventilschließkörper 1 mit seinem Stößelabschnitt in Richtung auf den ersten Ventilsitz 16 im zweiten Ventilschließkörper 2 erstreckt. Zwischen der Anschlagschulter 18 und einem am Stößelabschnitt vorgesehenen Anschlag 17 ist ein überbrückbarer Abstand vorgesehen, um eine Relativbewegung zwischen dem Magnetanker 4 und dem ersten Ventilschließkörper 1 zu gewährleisten. Hierdurch hält zu Beginn des Magnetankerhubs der erste Ventilschließkörper 1 den ersten Durchlass 13 im zweiten Ventilschließkörper 2 zunächst verschlossen.
Nachfolgend soll die Funktionsweise des Elektromagnetventils beispielhaft anhand der 3 beschrieben werden:
In der abgebildeten, elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung nehmen infolge der Schließkraft der Rückstellfeder 14, deren Federkraft größer dimensioniert ist als die Kraft der entgegengesetzt wirkenden Feder 12, beide Ventilschließkörper 1, 2 ihre Ventilschließstellungen ein.
Unter der Voraussetzung, dass gleiche hydraulische Drücke im Druckmitteleinlass- und auslasskanal 8, 9 vorherrschen, legt der Magnetanker 4 bei elektromagnetischer Erregung bis zum Anliegen am Magnetkern (Stopfen 20) einen Hub zurück, der dem maximalen Hub des zweiten Ventilschließkörpers 2 entspricht. Da die Wirkung der Rückstellfeder 14 auf die Ventilschließkörper 1, 2 in der elektromagnetischen Erregung aufgehoben ist, bewegen sich beide aneinander anliegende Ventilschließkörper 1, 2 infolge der Wirkung der Feder 12 synchron zur Magnetankerbewegung, sodass der maximale Querschnitt am Ventildurchlass 6 sofort nach elektromagnetischer Erregung freigegeben wird.
Ist aber der Druck im Druckmitteleinlasskanal 8 größer als der Hydraulikdruck im Druckmittelauslasskanal 9, vermindert sich die Wirkung der Feder 12 auf den zweiten Ventilschließkörper 2 um den aus der hydraulischen Beaufschlagung des zweiten Ventilschließkörpers 2 resultierenden Kraftbetrag. Dementsprechend vermindert bzw. eliminiert sich auch die Rückwirkung der Feder 12 auf den ersten Ventilschließkörper 1, der zusätzlich zur Kraftwirkung der Rückstellfeder 14 unter der Wirkung der hydraulischen Druckdifferenz im Schließsinn beaufschlagt wird.
Erfolgt unter den dargelegten Gegebenheiten nunmehr eine elektromagnetisch initiierte Hubbewegung des Magnetankers 4, so legt der Magnetanker 4 unter Kompression der Rückstellfeder 14 zunächst bis zur Mitnahme des ersten Ventilschließkörpers 1 durch die Mitnehmerhülse 11 einen Teilhub zurück. Während diesem Teilhub verharrt somit der erste, hydraulisch nicht druckausgeglichene Ventilschließkörper 1 unter der Wirkung des hydraulischen Drucks in der abgebildeten Schließstellung am zweiten Ventilschließkörper 2. In dem Moment, wenn infolge der Relativbewegung des Magnetankers 4 gegenüber dem ersten Ventilschließkörper 1 die Anschlagschulter 18 der Mitnehmerhülse 11 den am ersten Ventilschließkörper 1 ausgebildeten Anschlag 17 berührt, ist der Abstand des Magnetankers 4 vom Magnetkern (Stopfen 20) bereits um den Teilhub auf ein Minimum reduziert, sodass vorteilhaft nur eine geringe elektromagnetische Erregung erforderlich ist, um zum Abheben des ersten Ventilschließkörpers 1 vom ersten Ventildurchlass 13 den verbliebenen minimalen Luftspalt zwischen Magnetkern und Magnetanker 4 zu überbrücken.
Somit wird der erste Ventilschließkörper 1 erst kurz bevor der Magnetanker 4 den Magnetkern (Stopfen 20) erreicht, über die Mitnehmerhülse 11 angehoben, wodurch sich der erste Ventilschließkörper 1 vom zweiten Ventilschließkörper 2 entfernt und den blendenförmigen ersten Ventildurchlass 13 freigibt. Damit ist auf verhältnismäßig einfache Weise die Voraussetzung geschaffen, dass auch der zweite Ventilschließkörper 2 durch die Feder 12 unterstützt den drosselfreien großen Querschnitt im zweiten Ventildurchlass 15 zu öffnen vermag.
Bezugszeichenliste

1: Ventilschließkörper
2: Ventilschließkörper
3: Ventilgehäuse
4: Magnetanker
5: Vorsprung
6: Führungssteg
7: Durchtrittsöffnung
8: Druckmitteleinlasskanal
9: Druckmittelauslasskanal
10: Kontaktabschnitt
11: Mitnehmerhülse
12: Feder
13: Ventildurchlass
14: Rückstellfeder
15: Ventildurchlass
16: Ventilsitz
17: Anschlag
18: Anschlagschulter
19: Rand
20: Stopfen
21: Gehäuseabschnitt
22: Hülse
23: Ventilsitz
24: Ringfilter
25: Stufe
26: Magnetankerfortsatz
27: Haltekragen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005014100 A1 [0002]

Claims

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, mit einem Magnetanker, der mit dem ersten Ventilschließkörper eine eigenständig handhabbare Baugruppe bildet, die unter der Wirkung einer Rückstellfeder am zweiten Ventilschließkörper anlegbar ist, mit einem Magnetkern im Ventilgehäuse, an dem sich ein von der Baugruppe abgewandtes Federende der Rückstellfeder abstützt, mit einem in das Ventilgehäuse einmündenden Druckmitteleinlass und einem Druckmittelauslass, wobei der erste Ventilschließkörper abhängig von der elektromagnetischen Erregung einer Ventilspule den im zweiten Ventilschließkörper gelegenen ersten Ventildurchlass zu öffnen oder zu verschließen vermag, dessen Durchlassquerschnitt kleiner ist als der durch den zweiten Ventilschließkörper im Ventilgehäuse zu öffnende zweite Ventildurchlass, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilschließkörper (2) ringscheibenförmig gestaltet ist und auf seiner dem ersten Ventilschließkörper (1) zugewandten Stirnfläche mehrere über den Umfang verteilte Führungsstege (6) aufweist, die sich zwischen dem ersten Ventilschließkörper (1) und dem Ventilgehäuse (3) entlang einem den ersten Ventilschließkörper (1) aufnehmenden Bereich des Magnetankers (4) axial erstrecken.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Führungssteg (6) an seinem vom zweiten Ventilschließkörper (2) abgewandten Ende mit einem radialen Vorsprung (5) versehen ist, an der sich eine den zweiten Ventilschließkörper (2) in Ventilöffnungsrichtung beaufschlagende Feder (12) abstützt, wobei die Feder (12) mit ihrem vom Vorsprung (5) abgewandten Ende an einer Stufe (25) des Ventilgehäuses (3) ruht.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den ersten Ventilschließkörper (1) aufnehmenden Bereich des Magnetankers (4) abschnittsweise entlang seiner Mantelfläche zwischen den Führungsstegen (6) aufgenommen und in Axialrichtung auf den im zweiten Ventilschließkörper (2) angeordneten ersten Ventildurchlass (13) geführt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilschließkörper (2) jeweils über den radial nach außen gerichteten Vorsprung (5) entlang der Innenwand des Ventilgehäuses (3) geführt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur ungehinderten Evakuierung und hydraulischen Befüllung des Ventilgehäuses (3) zwischen den Führungstegen (6) mehrere rechteckförmige Durchtrittsöffnungen (7) vorgesehen sind, die sich zur großvolumigen Durchströmung über die Gesamthöhe der Führungsstege (6) erstrecken.
Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Führungssteg (6) zum Zwecke der präzisen Führung des zweiten Ventilschließkörpers (2) im Ventilgehäuse (3) zusätzlich zu jedem Vorsprung (5) einen weiteren Kontaktabschnitt (10) aufweist, wozu jeder Führungssteg (6) in einem Axialabstand zu jedem Vorsprung (5) abschnittsweise den Innenumfang des Ventilgehäuses (3) nach Art einer Kufe kontaktiert.
Elektromagnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilschließkörper (2) in einstückiger Verbindung mit den Führungsstegen (6) aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Thermoplast hergestellt ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilschließkörper (2) als Spritzgußteil hergestellt ist. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den ersten Ventilschließkörper (1) aufnehmenden Bereich des Magnetankers (4) durch einen stößelförmigen Magnetankerfortsatz (26) gebildet ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der den ersten Ventilschließkörper (1) aufnehmenden Bereich des Magnetankers (4) durch eine am stößelförmigen Magnetankerfortsatz (26) fixierte Mitnehmerhülse (11) gebildet ist, in welcher der erste Ventilschließkörper (1) axial beweglich aufgenommen ist.