DE102015224540A1

DE102015224540A1 - Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen

Info

Publication number: DE102015224540A1
Application number: DE102015224540.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Courth; Heiko Gensert; Holger Kollmann; Christian Schulz; Christoph Voss
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2017-06-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, mit einem in einem Ventilgehäuse (14) angeordneten Ventilstößel (4), der einen Ventildurchlass (10) im Ventilgehäuse (14) zu öffnen oder zu verschließen vermag, mit einem zur Betätigung des Ventilstößels (4) vorgesehenen Magnetanker (2), der zur Aufnahme des Ventilstößels (4) von einer Bohrung (1) durchdrungen ist, sowie mit einer auf den Ventilstößel (4) einwirkenden Rückstellfeder (8), deren vom Magnetanker (2) abgewandtes Federende sich an einem Magnetkern (5) im Ventilgehäuse (14) abstützt. Um den von der Größe des Restluftspalts abhängige Wirkungsgradverlust innerhalb des Magnetantriebs möglichst gering zu halten, sieht die Erfindung vor, dass die Einstellhülse (3) einen elastisch verformbaren Endabschnitt (7) aufweist, der sich in einen zwischen dem Magnetanker (2) und dem Magnetkern (5) vorgesehenen Zwischenraum (9) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2012 205 503 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil der angegebenen Art bekannt geworden, welches im Magnetanker eine Einstellhülse zum Justieren eines definierten Restluftspalts zwischen dem Magnetanker und dem Magnetkern aufweist. Der Restluftspalt hat die Funktion, den Arbeitshub des Magneten in einen Bereich zu verschieben, in dem der Kraft-Hub-Gradient der Magnetkraft eine Größenordnung erreicht, die gegenüber der Steifigkeit einer spiral- bzw. schraubenförmig gewundenen Rückstellfeder so ausgelegt werden kann, dass zur Hubsteuerung über den gesamten Arbeitshub ein Kraftgleichgewicht zwischen der Federkraft und der Magnetkraft erreicht wird.
Nunmehr ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen, funktionsgerechten Mitteln kostengünstig auszuführen und derart zu verbessern, dass es mit möglichst geringem Wirkungsgradverlust elektromagnetisch betätigt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Elektromagnetventil der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der 1 bis 8 hervor.
Es zeigen:
1 im Längsschnitt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils,
2 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils,
3 ausgehend von der 1 die erfindungswesentlichen Einzelheiten im Längsschnitt in einer Teilansicht des Elektromagnetventils,
4 eine Perspektivdarstellung der in 3 abgebildeten Einstellhülse, die federnde, rechtwinklig gekröpfte Schenkel aufweist,
5 eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils, dessen Einstellhülse einen federnden Endabschnitt aufweist, dessen Schenkel in Richtung des Magnetkerns trichterförmig geöffnet sind,
6 die Einstellhülse nach 5 in einer Perspektivansicht,
7 in einer Perspektivansicht eine weitere alternative Ausgestaltung des federnden Endabschnitts zur Darstellung unterschiedlicher Federraten,
8 im Längsschnitt eine im Magnetkern fixierte Einstellhülse, in der gleichzeitig die Rückstellfeder aufgenommen ist.
Die Erfindung bezieht sich auf ein in Grundstellung geschlossenes Elektromagnetventil, das bevorzugt in schlupfgeregelten Kraftfahrzeug-Bremsanlagen zum Einsatz gelangt.
Gemäß der gewählten prinzipiellen Darstellung nach 1 weist das Elektromagnetventil einen Ventilstößel 4 als Ventilschließglied auf, der unter der Wirkung einer zwischen einem Magnetanker 2 und einem Magnetkern 5 angeordneten Rückstellfeder 8 einen Ventildurchlass 10 in einem Ventilsitz 11 zu verschließen vermag. Zur Freigabe des Ventildurchlasses 10 wird der mit dem Ventilstößel 4 verbundene Magnetanker 2 auf an sich bekannte Weise mittels einer Magnetspule in Richtung des Magnetkerns 5 elektromagnetisch betätigt. Eine zwischen dem Magnetanker 2 und dem Magnetkern 5 angeordnete Einstellhülse 3 gewährleistet während der elektromagnetischen Betätigung des Magnetankers 2 eine präzise Einhaltung eines zwischen dem Magnetanker 2 und dem Magnetkern 5 vorgesehenen Restluftspalts. Die Einstellhülse 3 besteht aus einem den Magnetfluss nicht leitenden Werkstoff, insbesondere aus einem austenitischen Stahl.
Um den von der Größe des Restluftspalts abhängige Wirkungsgradverlust innerhalb des Magnetantriebs möglichst gering zu halten, sieht die Erfindung vor, dass die Einstellhülse 3 einen elastisch verformbaren Endabschnitt 7 aufweist, der sich in einen zwischen dem Magnetanker 2 und dem Magnetkern 5 vorgesehenen Zwischenraum 9 erstreckt.
Die 1 offenbart den an der Einstellhülse 3 ausgebildeten elastischen Endabschnitt 7 in einer prinzipiellen Darstellung, wobei zur Verdeutlichung des Wirkprinzips auf das Diagramm nach 2 verwiesen wird. Weitere Einzelheiten und konstruktive Varianten der Erfindung sind den 3 bis 8 zu entnehmen.
Bevor auf die in den 3 bis 8 offenbarten Einzelheiten Bezug genommen wird, soll zunächst das Diagramm nach 2 erläutert werden, entlang dessen Abszisse der Magnetankerhub S in Verbindung mit dem Restluftspalt RLS und entlang der Ordinate der (Feder- und Magnet-)Kraftverlauf F, F_Magnet aufgetragen ist.
Die in Richtung des Restluftspalts RLS strichpunktiert ansteigende Gerade verdeutlicht den linearen Anstieg der Federkraft F₈ mit zunehmendem Magnetankerhub S für ein aus der Beschreibungseinleitung bekanntes Elektromagnetventil, das ausschließlich über eine Rückstellfeder 8 und eine starre Einstellhülse 3 verfügt.
Hingegen repräsentiert die darunter angeordnete Knickkennline den hubabhängigen Anstieg der Federkraft F_7,8 für das erfindungsgemäße Elektromagnetventil, deren Steigung bis zum Erreichen des Knickpunktes K zunächst über einen Teilhub des Magnetankers 2 erheblich geringer und damit mit kleinerem Kraftaufwand flacher verläuft als die Steigung der strichpunktierten Gerade für das aus dem Stand der Technik bekannte Elektromagnetventil, da sich nunmehr aufgrund der erfindungsgemäßen Kombination der Einstellhülse 3 mit dem elastisch verformbaren Endabschnitt 7 die Federsteifigkeit der Rückstellfeder 8 vorteilhaft reduzieren lässt.
Erst mit dem Erreichen des Kennlinienknickpunktes K nimmt die Steigung der Knickkennlinie aufgrund der elastischen Verformung des Endabschnitts 7 signifikant zu, da dieser eine höhere Federsteifigkeit als die Federsteifigkeit der Rückstellfeder 8 aufweist, sodass erst kurz vor dem Erreichen des Restluftspalts RLS, infolge der Verformung des zwischen dem Magnetanker 2 und Magnetkern 5 eingespannten Endabschnitts 7, ein erheblicher Kraftzuwachs stattfindet, der vorteilhaft eine Verkleinerung des Restluftspalts RLS erlaubt, um nach Abschluss der elektromagnetische Erregung des Magnetankers 2 eine hinreichend große Rückstellkraft zu bewirken.
Die Auslegung des federnden Endabschnitts 7 hat somit den Vorteil, dass in Verbindung mit der parallel geschalteten Rückstellfeder 8 im Bereich kleiner Luftspalte und damit hoher wirksamer Magnetkräfte zwischen Magnetanker 2 und Magnetkern 5, eine deutlich höhere Federsteifigkeit erreicht wird. Hingegen ist am Hubanfang des Magnetankers 2 der federnde Endabschnitt 7 nicht wirksam und die vorteilhaft auf geringe Steifigkeit ausgelegte Rückstellfeder 8 kann aufgrund des kleineren Magnetkraft-Gradienten alleine wirken.
Ferner ist unter Beachtung der die Magnetkraft F_Magnet repräsentierenden Kennlinien ersichtlich, dass erfindungsgemäß durch die Verkleinerung des Restluftspalts RLS, bei gleichzeitiger Erhöhung der Federkraft beim Anlegen des Endabschnitts 7 am Magnetkern 5, sich insgesamt die elektrische Leistung der Magnetspule vorteilhaft reduzieren lässt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Einstellhülse 3 resultiert aus der Möglichkeit zur weicheren Auslegung der Rückstellfeder 8, was sich infolge der geringeren Federsteifigkeit auf die Herstelltoleranzen und Herstellkosten günstig auswirkt.
Nachfolgend werden nunmehr in einer Zusammenschau die weiteren konstruktiven Ausführungsvarianten anhand der 3 bis 8 erläutert, wonach ausgehend von der 1 die 3, 5 und 8 verdeutlichen, dass die Einstellhülse 3 im Bereich des elastisch verformbaren Endabschnitts 7 jeweils einen Überstand 6 aufweist, dessen axiale Erstreckung nach elastischer Endverformung bzw. Kompression dem Maß eines zur Begrenzung des Magnetankerhubs im Zwischenraum 9 erforderlichen Restluftspalts entspricht.
Hierzu ist die Einstellhülse 3 in einer Längsbohrung 1 fixiert, die nach den 1, 3 und 5 entweder im Magnetanker 2 oder gemäß der 8 im Magnetkern 5 mittig angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Einstellhülse 3 mittels einer Schiebepresspassung in der Längsbohrung 1 fixiert, wobei die in der Schiebepresspassung wirksame Reibkraft vom Betrag her mindestens so groß ist wie die beim Ventilschalten auf die Einstellhülse 3 einwirkenden mechanischen und hydraulischen Kräfte.
In den 1, 3, 5 und 8 ist jeweils anhand der gewählten Teildarstellung des Elektromagnetventils im Längsschnitt die zylinderförmige Rückstellfeder 8 überwiegend innerhalb der Einstellhülse 3 aufgenommen, sodass nur wenige Federwindungen am federnden Endabschnitt 7 hervor stehen, die sich gemäß den 1, 3 und 5 an dem das Ventilgehäuse 14 verschließenden Magnetkern 5 oder gemäß der 8, aufgrund der umgekehrten Aufnahme der Einstellhülse 3 in Verbindung mit der Rückstellfeder 8 in einer Längsbohrung 1 des Magnetkerns 5, am Magnetanker 2 abstützen. Hierbei kontaktiert die Rückstellfeder 8 entweder den Boden der als Sackbohrung ausgeführten Längsbohrung (siehe 8) oder einen ringscheibenförmigen Endabschnitt 12 der Einstellhülse 3 (siehe 1, 3).
Alternativ zur Abstützung der Rückstellfeder am Endabschnitt 12 der Einstellhülse 3 ragt nach 8 die Rückstellfeder 8 durch die Einstellhülse 3 auf eine Anschlagfläche 13, die unmittelbar durch den Boden der Längsbohrung 1 im Magnetkern 5 gebildet ist.
Bei Wunsch oder Bedarf kann die Anschlagfläche 13 anstelle der abgebildeten Ausführungsvarianten ebenso durch den innerhalb des Magnetankers 2 fixierten Ventilstößel 4 gebildet werden, wenn sich die Rückstellfeder 8 durch eine den Magnetanker 2 durchdringende Längsbohrung 1 erstreckt, in welcher gleichzeitig der Ventilstößel 4 aufgenommen ist.
Die weiteren 4, 6 und 7 zeigen jeweils in einer Perspektivansicht einige zweckmäßige Varianten zur Ausgestaltung des jeweils an der starren Einstellhülse 3 federnd ausgeführten Endabschnitts 7.
Konzeptionell weist in allen Figuren der Endabschnitt 7 mehrere, elastisch verformbare Schenkel 15 auf, die gleichförmig über den Umfang der Einstellhülse 3 verteilt und radial nach außen gerichtet sind, wonach anhand den 4 und 6 die Schenkel 15 nach Art einer mehrfach in Radialrichtung geschlitzten Tellerfeder am Endabschnitt 7 der Einstellhülse 3 ausgeführt sind. Hierzu weisen die Schenkel 15 in 6 jeweils eine nicht rechtwinklig ausgeführte Kröpfung auf, die von der Einstellhülse 3 weggerichtet ist.
Die 7 zeigt in einer Perspektivansicht in der Horizontalebene drei hakenförmig an der Einstellhülse 3 ausgebildete Schenkel 15, die analog zu 6 abschnittsweise von der Einstellhülse 3 weggerichtet bzw. gekröpft sind.
Generell sind die Schenkel 15 an einer im Magnetkern 5 oder im Magnetanker 2 beckenförmig vertieften Innenstirnfläche 16 anlegbar, sodass zur Minimierung des Restluftspalts die Schenkel 15 jeweils abschnittsweise im Magnetkern 5 oder im Magnetanker 2 versenkbar aufgenommen werden.
Als weitere Besonderheit zeigen die 1 und 3, dass zwischen der Innenstirnfläche 16 und der daran angrenzenden Stirnfläche des Magnetkerns 5 ein nach außen trichterförmig geöffneter Flächenübergang 17 vorgesehen ist, an dem die parallel zur Innenund Außenstirnfläche ausgerichteten Schenkel des Endabschnitts 7 vor der Kontaktierung der Innenstirnfläche 16 erstmalig anlegbar und anschließend vollständig bis zur großflächigen Kontaktierung der Innenstirnfläche 16 elastisch verformbar sind.
Eine Perspektivdarstellung der an der Einstellhülse 3 rechtwinklig nach außen gekröpften Schenkel 15 ist aus der 4 zu entnehmen.
Bezugszeichenliste

1: Längsbohrung
2: Magnetanker
3: Einstellhülse
4: Ventilstößel
5: Magnetkern
6: Überstand
7: Endabschnitt
8: Rückstellfeder
9: Zwischenraum
10: Durchlass
11: Ventilsitz
12: Endanschlag
13: Anschlagfläche
14: Ventilgehäuse
15: Schenkel
16: Innenstirnfläche
17: Flächenübergang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012205503 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten Ventilschließglied, das einen Ventildurchlass in einem Ventilsitz zu öffnen oder zu verschließen vermag, mit einem zur Betätigung des Ventilschließgliedes vorgesehenen Magnetanker, mit einer zwischen dem Magnetanker und einem Magnetkern angeordneten Einstellhülse, sowie mit einer zwischen dem Magnetanker und dem im Ventilgehäuse fixierten Magnetkern angeordneten Rückstellfeder, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellhülse (3) einen elastisch verformbaren Endabschnitt (7) aufweist, der sich in einen zwischen dem Magnetanker (2) und dem Magnetkern (5) vorgesehenen Zwischenraum (9) erstreckt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellhülse (3) im Bereich des elastisch verformbaren Endabschnitts (7) einen Überstand (6) aufweist, dessen axiale Erstreckung nach elastischer Endverformung dem Maß eines zur Begrenzung des Magnetankerhubs im Zwischenraum (9) erforderlichen Restluftspalts entspricht.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellhülse (3) in einer Längsbohrung (1) fixiert ist, die entweder im Magnetanker (2) oder im Magnetkern (5) mittig angeordnet ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellhülse (3) mittels einer Schiebepresspassung in der Längsbohrung (1) fixiert ist, wobei die in der Schiebepresspassung wirksame Reibkraft vom Betrag her mindestens so groß ist wie die beim Ventilschalten auf die Einstellhülse (3) einwirkenden mechanischen und hydraulischen Kräfte.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (8) innerhalb der Einstellhülse (3) aufgenommen ist.
Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellhülse (3) an dem zum federnden Endabschnitt (7) entgegengesetzten Ende einen ringscheibenförmigen Endanschlag (12) aufweist, an dem sich die Rückstellfeder (8) abstützt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rückstellfeder (8) durch die Einstellhülse (3) auf eine Anschlagfläche (13) ragt, die entweder durch den Boden der Längsbohrung (1) oder durch den innerhalb des Magnetankers (2) fixierten Ventilstößel (4) gebildet ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (7) mehrere, elastisch verformbare Schenkel (15) aufweist, die gleichförmig über den Umfang der Einstellhülse (3) verteilt und radial nach außen gerichtet sind.
Elektromagnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (15) nach Art einer mehrfach geschlitzten Tellerfeder am Endabschnitt (7) der Einstellhülse (3) ausgestaltet sind.
Elektromagnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (15) jeweils eine Kröpfung aufweisen, die von der Einstellhülse (3) weggerichtet ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbaren Schenkel (15) an einer im Magnetkern (5) oder im Magnetanker (2) beckenförmig vertieften Innenstirnfläche (16) anlegbar sind, und dass der Endabschnitt (7) teilweise im Magnetkern (5) oder im Magnetanker (2) versenkbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenstirnfläche (16) und der daran angrenzenden Stirnfläche des Magnetkerns (5) ein trichterförmig geöffneter Flächenübergang (17) vorgesehen ist, an dem die parallel zur Innenstirnfläche (16) ausgerichtete Schenkel (15) vor der Kontaktierung der Innenstirnfläche (16) erstmalig anlegbar sind.