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Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2008 056 854 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil der angegebenen Art bekannt geworden, in dessen Ventilgehäuse ein Ventilschließkörper angeordnet ist, der abhängig von der elektromagnetischen Erregung einer Ventilspule einen in einem Ventilsitz vorgesehenen Ventildurchlass im Ventilgehäuse zu öffnen vermag. In einem Ventilraum des Ventilgehäuses mündet sowohl ein Druckmitteleinlass als auch ein Druckmittelauslass ein, die beide über einen Durchlass im Ventilsitz miteinander verbindbar sind. Zur Grundpositionierung des Ventilschließkörpers im Ventilgehäuse stützt sich eine Druckfeder an einem im Ventilgehäuse fixierten Magnetkern ab, die einen den Ventilschließkörper tragenden Magnetanker in Richtung auf den Ventilsitz beaufschlagt. Das vorgestellte Elektromagnetventil hat den Nachteil, dass beim Schalten unerwünschte Geräusche entstehen.
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen, funktionsgerechten Mitteln kostengünstig und klein-bauend derart zu verbessern, dass die vorgenannten Ventilschaltgeräusche nicht auftreten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Elektromagnetventil der angegebenen Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Abstoßungskräfte zwischen zwei Permanentmagneten zu nutzen, um bei einem Elektromagnetventil die Anschlaggeschwindigkeit des Magnetankers auf den Magnetkern, sowie nach der Bewegungsumkehr beim Auftreffen des Ventilsitzkörpers auf den Ventilsitz zu reduzieren. Durch die geringere Anschlaggeschwindigkeit wird auch das Ventilschaltgeräusch (sog. Klickgeräusch) reduziert.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im nachfolgenden aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele hervor.
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Es zeigen:
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1 ein Elektromagnetventil im Längsschnitt in der geschlossenen, elektromagnetisch nicht erregten Ventilgrundstellung, dessen am unteren Ende des Magnetankers ausgebildeter Ventilschließkörper einen Permanentmagneten trägt, dem diametral ein im Ventilgehäuse fixierter weiterer Permanentmagnet zugeordnet ist, der konzentrisch zum Ventilsitz ausgerichtet ist,
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2 eine Ausgestaltungsvariante des in der 1 abgebildeten Elektromagnetventils, dessen weiterer Permanentmagnet abweichend von der 1 außerhalb des Ventilgehäuses, auf der Höhe des Ventilsitzes, fixiert ist,
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3 eine Ausgestaltungsvariante des in der 2 abgebildeten Elektromagnetventils, dessen weiterer Permanentmagnet unterhalb des Ventilsitzes außen am Ventilgehäuse, vorzugsweise innerhalb einer Ventilaufnahmebohrung, fixiert ist,
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4 eine aus 1 bekannte Anordnung der beiden Permanentmagnete mit der Besonderheit, dass der Ventilsitz unmittelbar in dem im Ventilgehäuse fixierte Permanentmagneten integriert ist, der zur Steuerung des Ventildurchlasses mit einem unmagnetischen Ventilschließkörper zusammenwirkt,
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5 ein Elektromagnetventil im Längsschnitt in der geschlossenen, elektromagnetisch nicht erregten Ventilgrundstellung, dessen Magnetanker auf der vom Ventilschließkörper abgewandten Stirnfläche einen Permanentmagneten trägt, dem an einem im Ventilgehäuse fixierten Magnetkern ein weiterer Permanentmagnet zugewandt ist.
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Die 1 bis 5 zeigen jeweils ein Elektromagnetventil, das bevorzugt für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen verwendet wird. Das Elektromagnetventil besteht aus an sich bekannten Funktionselementen. Dazu gehört ein in einem Ventilgehäuse 7 angeordneter Ventilschließkörper 1, der einen Ventildurchlass 10 in einem Ventilsitz 9 zu öffnen oder zu verschließen vermag, mit einem Magnetanker 2 zur Betätigung des Ventilschließkörpers 1, der im Bereich eines definierten Arbeitshubs relativ beweglich ausgeführt ist, sowie mit einer auf den Magnetanker 2 einwirkenden Druckfeder 5, deren vom Magnetanker 2 abgewandtes Federende sich an einem Magnetkern 8 im Ventilgehäuse 7 abstützt. Ferner ist am Ventilgehäuse 7 eine Ventilspule zur Erregung des Magnetankers 2 fixierbar, die in den vorliegenden Abbildungen nicht dargestellt ist.
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Das in den 1 bis 5 dargestellte Elektromagnetventil ist in der elektromagnetisch nicht erregten Stellung geschlossen, wozu die oberhalb des Magnetankers 2 angeordnete Druckfeder 5 den mit dem Magnetanker 2 verbundene Ventilschließkörper 13 auf den Ventilsitz 9 drückt, wodurch der Ventildurchlass 10 im Ventilsitz 9 versperrt ist.
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In den vorliegendem Ausführungsbeispielen ist der Magnetkern 8 als Verschlussstopfen in einen austenitischen Gehäuseabschnitt 13 eingepresst, der als dünnwandiges Hülsenteil mit dem Rohrkörper 14 des Ventilgehäuses 7 verschweißt ist. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungsformen des oberen Gehäuseabschnitts 13 möglich, die jedoch nicht erfindungswesentlich sind.
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Das Ventilgehäuse 7 weist zur sicheren Befestigung in einer Ventilaufnahmebohrung 6 den dickwandigen, steifen Rohrkörper 14 auf, der mit einer dünnwandigen Hülse 15 verbunden ist. Die Hülse 15 weist bevorzugt durch Tiefziehen von Dünnblech die Kontur eines Gehäusetopfs auf, dessen Topfboden in den 1 bis 3 und 5 als Ventilsitz 9 mit dem Ventildurchlass 10 ausgebildet ist. Die Hülse 1 besteht aus einem gehärteten, ferritischen Werkstoff, um den im Tiefziehverfahren hergestellten Ventilsitz 9 möglichst verschleißfrei ausführen zu können. Der im Ventilsitz 9 angeordnete Ventildurchlass 10 als auch der in der Wand der Hülse 1 angeordnete Durchlass (Druckmitteleinlass 11) lässt sich kostengünstig im Stanz- bzw. Prägeverfahren herstellen. Hingegen ist die Kontur des Rohrkörpers 14 durch Kaltschlagen oder Kaltfließpressen aus einem Stahlrohling hergestellt, der ebenso wie die Hülse 15 zur Magnetkreisoptimierung ein ferritisches Werkstoffgefüge aufweist.
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In allen Ausführungsbeispielen weist der Ventilschließkörper 1 eine verschleißfeste, aus einem unelastischen Material bestehende stößel-, kugel oder nadelförmige Körperkontur auf, an die sich über einen schlanken Abschnitt 17 der Magnetanker 2 anschließt.
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Um nunmehr erfindungsgemäß die aus dem Stand der Technik bekannten Ventilschaltgeräusche zu eliminieren, die in der Regel entstehen, wenn der Ventilschließkörper 1 auf den Ventilsitz 9 oder der Magnetanker 2 auf den Magnetkern 8 auftrifft, sieht die Erfindung vor, dass im Bereich des Ventilschließkörpers 1 und/oder im Bereich des Magnetankers 2 ein Permanentmagnet 3 fixiert ist, der mit einem weiteren Permanentmagneten 4 zusammenwirkt, welcher im Bereich des Ventilsitzes 9 und/oder im Bereich des Magnetkerns 8 angeordnet ist, wobei der weitere Permanentmagnet 4 jeweils mit einem Teil des Ventilgehäuses 7 verbunden ist.
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Um sowohl die gewünschte translatorische Abbremsung des Magnetankers 2 als auch des Ventilschließkörpers 1 in den Endstellungen zu erzielen, werden jeweils die zwischen den beiden Permanentmagneten 3, 4 wirksamen Abstoßungskräfte genutzt, wozu beide Permanentmagnete 3, 4 mit gleicher Polarität diametral zueinander ausgerichtet sind. Vorteilhaft lassen sich die wirksamen Abstoßungskräfte jeweils durch die Wahl eines zwischen den beiden Permanentmagneten 3, 4 vorgesehener Axialabstands 16 variabel einstellen, weshalb wenigstens einer der beiden Permanentmagnete 3, 4 axial verschiebbar im Bereich des Magnetankers 2, des Ventilschließkörpers 1 oder im Bereich des Ventilgehäuses 7 angeordnet ist.
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Eine möglichst leichte Einstellbarkeit des Axialabstands 16 und Fixierung der beiden Permanentmagnete 3, 4 wird durch eine Schiebepresspassung gewährleistet, die gemäß den 1 bis 4 den Permanentmagneten 3 an dem zwischen dem Magnetanker 2 und dem Ventilschließglied 1 stößelförmig ausgeführten Abschnitt 17 hält.
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In der 5 ist der Permanentmagnet 3 mittels einer Schiebepresspassung in einer Ausnehmung 19 des Magnetankers 2 zur Einstellung des Axialabstands 16 aufgenommen, während der weitere Permanentmagnet 4 in der Ausnehmung 18 des Magnetkerns 8 nicht einstellbar fixiert ist. Dies soll jedoch bei Wunsch oder Bedarf die alternative, variabel einstellbare Aufnahme des zweiten Permanentmagneten 4 im Magnetkern 8 nicht gänzlich ausschließen.
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Ebenso kann bei Wunsch oder Bedarf der an einem Teil innerhalb oder außerhalb des Ventilgehäuses 7 angeordnete weitere Permanentmagnet 4 mittels einer Schiebepresspassung einjustiert und fixiert werden, sodass in der praktischen Ausführung nach den 1, 4 jeweils der weitere Permanentmagnet 4 entweder innerhalb einer Hülse 15 oder gemäß den 2, 3 außerhalb der Hülse 15 fixiert ist, die ein Bestandteil des Ventilgehäuses 7 bildet. Gemäß der 2 ist der weitere Permanentmagnet 4 lediglich über die Hülse 15 gestülpt, während in 3 der weitere Permanentmagnet 4 unterhalb der Hülse 15 in der Ventilaufnahmebohrung 6 fixiert ist.
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Wie aus den 1 bis 5 zu entnehmen ist, weisen jeweils die beiden diametral zueinander ausgerichteten Permanentmagnete 3, 4 eine einfach herzustellende Ringscheibenkontur auf, die entweder entlang ihres Innen- oder Außenumfangs die Schiebepresspassung aufweisen.
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Nachfolgend soll nunmehr anhand der abgebildeten Ausführungsbeispiele die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils erläutert werden.
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Die 1 zeigt das Elektromagnetventil im geschlossenen Zustand, bei nicht betätigtem Elektromagneten. In diesem Zustand drückt die Druckfeder 5 den Magnetanker 2 nach unten, sodass der am unteren Ende des Magnetankers 2 angebrachte Ventilschließkörper 1 den Ventildurchlass 10 im Ventilsitz 9 verschließt.
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Der Permanentmagnet 3 ist am stößelförmigen Abschnitt 17 des Ventilschließkörpers 1 fixiert, während der weitere Permanentmagnet 4 in der topfförmigen Hülse 15 des Ventilgehäuses 7 angeordnet ist. Beide Permanentmagneten 3, 4 sind so ausgerichtet, dass in vorliegendem Beispiel anstelle beider Südpole 3b, 4b die beiden Nordpole (Magnetpole 3a, 4a) zueinander zeigen und sich gegenseitig abstoßen. Die Abstoßungskraft sinkt mit wachsendem Axialabstand 16 und der Kraftaufwand um die beiden Magnetpole 3a, 4a zusammenzubringen steigt, je näher sich die beiden Magnetpole kommen, sodass mit Annäherung des Ventilschließkörpers 1 an den Ventilsitz 9 eine das Ventilschaltgeräusch reduzierenden Abbremsung den Ventilschließkörpers 1 erfolgt.
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Durch die verringerte Auftreffgeschwindigkeit des Ventilschließkörpers 1 auf den Ventilsitz 9 wird auch die Energie mit der der Ventilschließkörper 1 auftrifft sehr stark verringert, wodurch sowohl die Körperschallanregung, als auch das sogenannte Klickgeräusch stark reduziert werden.
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Beim Öffnen des Elektromagnetventils bewegt sich der Magnetanker 2 entgegen der Federkraft der Druckfeder 5 nach oben und wird in vorliegendem Beispiel durch die Wirkung der Druckfeder 5 in Richtung des Magnetkerns 8 abgebremst.
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Es ist empfehlenswert den Permanentmagnet 3 einstellbar auf dem Abschnitt 17 anzuordnen, sodass er einen Verschiebeweg hat, der es ermöglicht, den Axialabstand 16 zwischen den beiden Permanentmagneten 3, 4 präzise einzustellen. Über die Einstellung des Abstands hat man die Möglichkeit die Abstoßungskraft zwischen den beiden Permanentmagneten 3, 4 so einzustellen, dass die fertigungstechnischen Toleranzen der Druckfederkraft ausgeglichen werden und eine größtmögliche Anschlagdämpfung erreicht wird.
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Die 2 zeigt eine konstruktive Ausführung bei welcher der weitere Permanentmagnet 4 radial außen an der topfförmigen Hülse 15 angeordnet ist. Das Wirkprinzip ist aber ansonsten das gleiche wie zuvor beschrieben, sodass zwischen den beiden Magnetpolen 3a, 4a eine Abstoßungskraft wirkt.
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Die 3 zeigt eine weitere konstruktive Ausführung des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils. Hier ist der weitere Permanentmagnet 4 unterhalb der topfförmigen Hülse 15 in der Ventilaufnahmebohrung 6 fixiert. Auch hier beruht das Wirkprinzip auf der Abstoßungskraft zwischen den beiden Magnetpolen 3a, 4a der beiden Permanentmagnete 3, 4.
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Bei den beiden konstruktiven Ausführungen nach 2 und 3 mit jeweils einem außen am Ventilgehäuse 7 angeordneten Permanentmagneten 4, könnte anstelle des Permanentmagneten 4 auch jeweils eine radial oder axial angeordnete Magnetspule angeordnet werden, die bei elektromagnetischer Erregung eine Abstoßungskraft gegenüber dem am Ventilschließkörper 1 angeordneten Permanentmagneten 3 erzeugt. Die Verwendung einer Magnetspule ermöglicht eine spezielle, bedarfsorientierte Aktivierung, sodass entweder geräusch- und damit komfortorientiert eine Erregung der Magnetspule erfolgt oder bei einer Notwendigkeit zur schnellen, ungebremsten Betätigung des Elektromagnetventils, die Magnetspule nicht erregt wird, sodass der Ventilschließkörper 1 ungedämpft auf den Ventilsitz 9 aufschlägt.
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Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung zeigt die 4, wonach der Ventilsitz 9 direkt in dem weiteren Permanentmagnet 4 integriert ist, sodass der Ventilsitz 9 durch den weiteren Permanentmagneten 4 gebildet ist, der zwischen dem Boden und dem Innenmantel der Hülse 15 fixiert ist. Um einen unerwünschten magnetischen Streufluss zu verhindern, besteht der Ventilschließkörper 1 aus einem nicht magnetischen Werkstoff.
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Hingegen zeigt die 5 eine konstruktive Ausführung der Erfindung, die abweichend von den Ausführungsformen nach 1 bis 4 in Öffnungsrichtung des Elektromagnetventils wirksam ist. Dazu ist der Permanentmagnet 3 auf der Oberseite des Magnetankers 2 und der weitere Permanentmagnet 4 im Magnetkern 8 angeordnet, sodass zwischen den beiden Magnetpolen 3a, 4a eine Abstoßungskraft wirkt. Dabei ist der Permanentmagnet 3 im Magnetanker 2 verschiebbar angeordnet, um zwischen den beiden Magnetpolen die Abstoßungskraft bei der Montage einstellen und die Krafttoleranzen der Druckfeder 5 ausgleichen zu können.
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Bei dieser Ausführung wird somit die Auftreffgeschwindigkeit des Magnetankers 2 auf den Magnetkern 8 deutlich reduziert, womit eine signifikante Verringerung der Körperschallanregung und des Klickgeräuschs beim Öffnen des Ventils erzielt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung nach 5 besteht darin, dass der Permanentmagnet 3 im Magnetanker 2 axial beweglich angeordnet ist und der Bauraum des Verschiebewegs mit einem federelastischen Element (z.B. Elastomerteil, Druckfeder, hydraulische Feder) ausgefüllt wird. Durch die Federkraft des federelastischen Elements wird sich der Axialabstand 16 zwischen den beiden Permanentmagneten 3, 4 automatisch kraft-/wegabhängig einstellen. Eine Einstellung bei der Montage ist damit nicht mehr erforderlich.
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Zusammenfassend besteht somit der technische Vorteil der Erfindung darin, dass mit einem geringen technischen Aufwand das Klickgeräusch beim Öffnen bzw. Schließen eines Elektromagnetventils so stark reduziert werden kann, dass es nicht mehr bzw. kaum noch wahrnehmbar ist. Darüber hinaus lassen sich die beiden Permanentmagnete 3, 4 auch einfach in bestehende Magnetventile nachrüsten.
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Im Gegensatz zu den bereits bekannten Lösungen besteht ein weiterer Vorteil darin, dass sich die Energiebilanz des Elektromagnetventils nicht verschlechtert. Da die Abstoßungskraft zwischen den beiden Permanentmagneten 3, 4 der Federkraft der Druckfeder 5 entgegen wirkt, muss man zwar die Federkraft der Druckfeder 5 entsprechend erhöhen, um das Ventil sicher zu schließen, aber beim Öffnen des Ventils unterstützt die Abstoßungskraft zwischen den beiden Permanentmagneten 3, 4 die Magnetkraft der nicht abgebildeten, am Gehäuseabschnitt 13 angebrachten Ventilspule. Dadurch ist es nicht erforderlich die Magnetkraft der Ventilspule, im Vergleich zu einem konventionellen Magnetventil (ohne zusätzliche Permanentmagnete) zu erhöhen.
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Dadurch, dass der Permanentmagnet 3 am Magnetanker 2 verschiebbar angeordnet ist, erhält man den zusätzlichen Vorteil einer hohen Flexibilität in der Ventilauslegung. Mit denselben Bauteilen können unterschiedliche Ventilauslegungen (z.B. beliebige Ventilhübe) abgedeckt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilschließkörper
- 2
- Magnetanker
- 3
- Permanentmagnet
- 4
- Permanentmagnet
- 5
- Druckfeder
- 6
- Ventilaufnahmebohrung
- 7
- Ventilgehäuse
- 8
- Magnetkern
- 9
- Ventilsitz
- 10
- Ventildurchlass
- 11
- Druckmitteleinlass
- 12
- Druckmittelauslass
- 13
- Gehäuseabschnitt
- 14
- Rohrkörper
- 15
- Hülse
- 16
- Axialabstand
- 17
- Abschnitt
- 18
- Ausnehmung
- 19
- Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008056854 A1 [0002]
