DE102016201081A1

DE102016201081A1 - Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen

Info

Publication number: DE102016201081A1
Application number: DE102016201081.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Courth; Christoph Voss; Heiko Gastauer; Holger Kollmann; Anne Seidel; Christian Schulz; Heiko Gensert
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, 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 (2), sowie mit einer zwischen dem Magnetanker (2) und einem Magnetkern (5) eingespannten, im Wesentlichen zylinderförmige Rückstellfeder (8), wobei in einer Parallelanordnung zur Rückstellfeder (8) eine Sekundärfeder (7) zwischen dem Magnetanker (2) und dem Magnetkern (5) angeordnet ist, die gegenüber der Anzahl der Federwindungen (6) der Rückstellfeder (8) eine geringere Anzahl von Federwindungen (6) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der EP 1231082 B1 ist bereits ein Elektromagnetventil der angegebenen Art bekannt geworden, welches ein in einem Ventilgehäuse axial beweglich angeordnetes Ventilschließglied aufweist, das einen Ventildurchlass in einem Ventilsitz zu öffnen oder zu verschließen vermag, wozu im Ventilgehäuse ein Magnetanker und eine im Wesentlichen zylinderförmige Rückstellfeder angeordnet sind, die zwischen dem Magnetanker und einem Magnetkern eingespannt ist. Ferner befindet sich zwischen dem Magnetanker und dem Magnetkern eine Federscheibe, die in Abhängigkeit der gewählten elektromagnetischen Stromstärke einer Ventilspule eine stetige Hubsteuerung des Magnetankers ermöglicht. Die gratfreie sowie dünnwandige präzise Herstellung der Federscheibe verursacht hohe Kosten, um die gewünschten Federeigenschaften sicherzustellen.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen, funktionsgerechten Mitteln kostengünstig auszuführen und derart zu verbessern, dass auf die Verwendung einer Federscheibe verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Elektromagnetventil der angegebenen Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der 1 bis 4 hervor.
Es zeigen:
1 im Längsschnitt teilweise dargestellt die erfindungswesentlichen Elemente eines in Grundstellung geschlossenen Elektromagnetventils, dessen Rückstellfeder gemeinsam mit einer Sekundärfeder zwischen einem Magnetkern und einem Magnetanker angeordnet ist,
2 in einer Perspektivansicht die in 1 abgebildete Sekundärfeder,
3 im Längsschnitt teilweise dargestellt die erfindungswesentlichen Elemente eines in Grundstellung geschlossenen Elektromagnetventils, dessen zwischen einem Magnetkern und einem Magnetanker angeordnet Rückstellfeder einen runden Drahtquerschnitt und die Sekundärfeder einen mehrkantigen Drahtquerschnitt aufweist,
4 ein Feder- und Magnetkraftdiagramm. Die Erfindung bezieht sich auf ein in Grundstellung geschlossenes Elektromagnetventil, das bevorzugt in schlupfgeregelten Kraftfahrzeug-Bremsanlagen oder elektropneumatischen Regelsystemen zum Einsatz gelangt.
Gemäß den Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 3 nimmt ein derartiges Elektromagnetventil in einem Ventilgehäuse 1 ein Ventilschließglied auf, das unter der permanenten Wirkung einer zwischen einem Magnetanker 2 und einem Magnetkern 5 angeordneten Rückstellfeder 8 einen Ventildurchlass in einem Ventilsitz zu verschließen vermag. Zur Freigabe des Ventildurchlasses wird der mit dem Ventilschließglied verbundene Magnetanker 2 auf an sich bekannte Weise mittels einer Ventilspule in Richtung des Magnetkerns 5 elektromagnetisch betätigt.
Auf eine graphische Darstellung der Ventilspule, des Ventilschließgliedes und des den Ventildurchlass aufweisenden Ventilsitzes wird verzichtet, da diese Elemente nach Belieben gestaltet werden können und diese auch keinen Beitrag zur Erfindung leisten.
Wie aus der 1 hervor geht, ist erfindungsgemäß in einer Parallelanordnung zur Rückstellfeder 8 eine Sekundärfeder 7 zwischen dem Magnetanker 2 und dem Magnetkern 5 angeordnet, die gegenüber der Anzahl der Federwindungen 6 der Rückstellfeder 8 eine erheblich geringere Anzahl von Federwindungen 6 aufweist. Die Rückstellfeder 8 und die Sekundärfeder 7 sind in koaxialer Anordnung abschnittsweise in einer Bohrung 9 aufgenommen, die abbildungsgemäß im Magnetanker 2 angeordnet ist oder alternativ auch im Magnetkern 5 angeordnet werden kann. Die relativ weiche, zwischen dem Magnetanker 2 und dem Magnetkern 5 eingespannte Rückstellfeder 8 erstreckt sich somit aufgrund der durch die hohe Anzahl an Federwindungen erforderlichen Federlänge mittig durch die kurze Sekundärfeder 7, sodass die Sekundärfeder 7 nicht aus ihrer Position entweichen kann.
Zur Aufnahme der Rückstellfeder 8 weist die Bohrung 9 einen ersten, an die Länge der Rückstellfeder 8 angepassten Bohrungsabschnitt 10 und einen an die kurze Sekundärfeder 7 angepassten zweiten Bohrungsabschnitt 11 auf, wobei zur Aufnahme der gegenüber der Rückstellfeder 8 im Durchmesser vergrößerten Sekundärfeder 7 der zweite Bohrungsabschnitt 11 gegenüber dem ersten Bohrungsabschnitt 10 zwangsläufig einen größeren, an den Durchmesser der Sekundärfeder 7 angepassten Durchmesser aufweist.
Aufgrund der Durchmesserdifferenz beider Bohrungsabschnitte 10, 11 ergibt sich zur axialen Abstützung der Sekundärfeder 7 im zweiten Bohrungsabschnitt 11 vorteilhaft eine zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt 10 und dem zweiten Bohrungsabschnitt 11 ausgebildete Bohrungsstufe 3, wobei der zweite Bohrungsabschnitt 11 zur abschnittsweisen Aufnahme der kurzen Sekundärfeder 7 eine sowohl gegenüber der Länge der Sekundärfeder 7 als auch gegenüber dem ersten Bohrungsabschnitt 10 kleinere Tiefe aufweist, die durch die Position der Bohrungsstufe 3 in der Bohrung 9 definiert ist, an der sich die Sekundärfeder 7 abstützt.
Sowohl die Rückstellfeder 8 als auch die Sekundärfeder 7 stehen jeweils mit einem definierten Überstand aus der Bohrung 9 hervor, wobei die Sekundärfeder 7 einen gegenüber der Rückstellfeder 8 deutlich kleineren Überstand aufweist als die Rückstellfeder 8, die aufgrund ihrer permanent zwischen dem Magnetanker 2 und dem Magnetkern 5 eingespannten Position einen Überstand aufweist, der dem maximalen Hub des Magnetankers 2 entspricht.
Anhand der Perspektivansicht in 2 wird deutlich, dass die Sekundärfeder 7 an ihren beiden Federenden Abplattungen 4 aufweist, die zu den korrespondierenden Stirnflächen des Magnetankers 2 und des Magnetkerns 5 parallele Auflageflächen bilden, die bevorzugt durch einen Anschliff beider Federenden hergestellt sind. Durch ein horizontales Anschleifen der Federenden lässt sich die Blocklänge der Sekundärfeder 7 für die Einhaltung besonders kleiner Toleranzen optimieren. Ferner weisen die Federwindungen 6 bevorzugt einen runden Drahtquerschnitt auf, wobei hinsichtlich des Drahtquerschnitts weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten nach Wunsch oder Bedarf anwendbar sind, wie aus der folgenden 3 zu entnehmen ist.
Die 3 zeigt ausgehend von 1 eine Sekundärfeder 7, deren Federwindungen 6 einen rechteckigen Drahtquerschnitt aufweisen. Analog zu 1 stützt sich die Sekundärfeder 7 innerhalb des zweiten Bohrungsabschnitts 11 an der Bohrungsstufe 3 ab, sodass im entspannten Zustand die Sekundärfeder 7 eine Blockhöhe Lo aufweist, die infolge der geringen Tiefe H des zweiten Bohrungsabschnitts 11 zu einem Überstand am Magnetanker 2 führt, der deutlich kleiner ist als der Arbeitshub des Magnetankers 5. Folglich verbleibt aufgrund der gewählten kurzen Blockhöhe ein axialer Abstand zum Magnetkern 5, sodass die Sekundärfeder 7 erst nach einem Teilhub des Magnetankers 2 zur Anlage am Magnetkern 5 gelangt und gemäß der in 4 abgebildeten Federkennlinie komprimiert wird, wodurch bei maximaler Kompression der Sekundärfeder 7 auf die mimimale Blocklänge Lc die Sekundärfeder 7 als starre, den Restluftspalt RLS spezifizierendes Distanzhülse wirkt.
Infolge der kompakten Gestalt gewährleistet die Sekundärfeder 7 mit uneingeschränkter Wiederholbarkeit die präzise Einhaltung des Restluftspalts RLS auch unter der Wirkung einer magnetischen Überschusskraft.
Wie weiterhin aus dem Diagramm nach 4 hervor geht, weist die Sekundärfeder 7 eine von der Rückstellfeder 8 abweichende und deutlich höhere Federsteifigkeit auf, wozu die geringe Anzahl der Federwindungen 6 als auch der gegenüber der Rückstellfeder 8 deutlich größere Querschnitt der Federwindungen 6 der Sekundärfeder 7 beitragen. Die Sekundärfeder 7 erfüllt somit auf geringem Federweg die Anforderung an die Speicherung einer möglichst hohen kinetischen Energiedichte und ist hierzu auf bekannte Herstellweise aus nicht magnetisierbaren, genormten Federstahl spiralförmig gewickelt.
Im Diagramm nach 4 ist entlang der Abszisse der Magnetankerhub S in Verbindung mit dem Restluftspalt RLS und entlang der Ordinate der (Feder- und Magnet-)Kraftverlauf F, F_Magnet aufgetragen.
Die in Richtung des Restluftspalts RLS zunächst flach ansteigende Gerade verdeutlicht den linearen Anstieg der Federkraft F₈ der Rückstellfeder 8 mit zunehmendem Magnetankerhub S für das erfindungsgemäße Elektromagnetventil, sodass die zur Betätigung des Magnetankers 2 erforderliche Magnetkraft F_Magnet aufgrund der relativ geringen Federsteifigkeit der Rückstellfeder 8 zunächst bis zum Erreichen des Knickpunktes K über einen Teilhub des Magnetankers 2 vergleichsweise gering ist. Erst mit dem Erreichen des Kennlinienknickpunktes K nimmt die Steigung der Knickkennlinie aufgrund der Anlage der Sekundärfeder 7 am Magnetkern 5 signifikant zu, da die Sekundärfeder 7 eine höhere Federsteifigkeit als die Rückstellfeder 8 aufweist, sodass erst beim Erreichen des zwischen dem Magnetanker 2 und dem Magnetkern 5 verbliebenen Restluftspalts RLS, infolge der Kompression der Sekundärfeder 7, ein erheblicher Kraftzuwachs auf die Federkraft F₇ erfolgt, was vorteilhaft eine Verkleinerung des Restluftspalts RLS erlaubt, um nach Abschluss der elektromagnetische Erregung des Magnetankers 2 eine hinreichend große Rückstellkraft zu bewirken.
Die vorgestellte Auslegung der Sekundärfeder 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 die Sekundärfeder 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 sich bei Wunsch oder Bedarf der Restluftspalt RLS verkleinern lässt, bei gleichzeitiger Erhöhung der Federkraft auf die Federkraft F₇ beim Anlegen der Sekundärfeder 7 am Magnetkern 5, sodass sich die elektrische Leistung der Ventilspule vorteilhaft reduzieren lässt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Sekundärfeder 7 resultiert aus der Möglichkeit zur weicheren Auslegung der Rückstellfeder 8, was sich infolge der geringeren Federsteifigkeit auf die Herstelltoleranzen und Herstellkosten günstig auswirkt.
Es ergeben sich überdies folgende Vorteile:

– Die Rückstellfeder 8 als auch die Sekundärfeder 7 lassen sich mittels eines Federwinde-Automat einfach herstellen,
– Der zur Herstellung der Sekundärfeder 7 erforderliche Draht lässt sich in feinen Toleranzen in nichtrostenden, nichtmagnetisierbaren, genormten Federstahlqualitäten gegenüber bisherige Restluftspaltelemente besonders kostengünstig herstellen,
– Je nach Abstimmung zwischen dem Restluftspalt und der Federcharakteristik kann die Sekundärfeder 7 sowohl zur geräuscharmen analogen als auch digitalen Betätigung der Elektromagnetventile zum Einsatz gelangen.

Bezugszeichenliste

1: Ventilgehäuse
2: Magnetanker
3: Bohrungsstufe
4: Abplattung
5: Magnetkern
6: Federwindung
7: Sekundärfeder
8: Rückstellfeder
9: Bohrung
10: Bohrungsabschnitt
11: Bohrungsabschnitt

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

EP 1231082 B1 [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, sowie mit einer zwischen dem Magnetanker und einem Magnetkern eingespannten, im Wesentlichen zylinderförmige Rückstellfeder, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Parallelanordnung zur Rückstellfeder (8) eine Sekundärfeder (7) zwischen dem Magnetanker (2) und dem Magnetkern (5) angeordnet ist, die gegenüber der Anzahl der Federwindungen (6) der Rückstellfeder (8) eine geringere Anzahl von Federwindungen (6) aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in koaxialer Anordnung die Rückstellfeder (8) und die Sekundärfeder (7) abschnittsweise in einer Bohrung (9) aufgenommen sind, die entweder im Magnetanker (2) oder im Magnetkern (5) vorgesehen ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (9) einen ersten Bohrungsabschnitt (10) zur Aufnahme der Rückstellfeder (8) und einen zweiten Bohrungsabschnitt (11) zur Aufnahme der Sekundärfeder (7) aufweist, wobei zur Aufnahme der Sekundärfeder (7) im zweiten Bohrungsabschnitt (11) der zweite Bohrungsabschnitt (11) gegenüber dem ersten Bohrungsabschnitt (10) einen größeren Durchmesser aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur axialen Abstützung der Sekundärfeder (7) im zweiten Bohrungsabschnitt (11) zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt (10) und dem zweiten Bohrungsabschnitt (11) eine Bohrungsstufe (3) vorgesehen ist, und dass die zweite Bohrungsabschnitt (11) zur abschnittsweisen Aufnahme der Sekundärfeder (7) eine gegenüber dem ersten Bohrungsabschnitt (10) kleinere Tiefe (H) aufweist, die durch die Position der Bohrungsstufe (3) in der Bohrung (9) definiert ist, an der sich die Sekundärfeder (7) abstützt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Rückstellfeder (8) als auch die Sekundärfeder (7) jeweils zur Ausbildung eines Überstands um ein definiertes Maß aus der Bohrung (9) hervor stehen, wobei die Sekundärfeder (7) einen gegenüber der Rückstellfeder (8) kleineren Überstand aufweist.
Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärfeder (7) eine von der Rückstellfeder (8) abweichende Federsteifigkeit aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärfeder (7) eine gegenüber der Rückstellfeder (8) höhere Federsteifigkeit aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich dem Querschnitt der Federwindungen (6) die Sekundärfeder (7) gegenüber der Rückstellfeder (8) einen größeren Querschnitt aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federwindungen (6) entweder einen runden, ovalen, oder mehrkantigen Drahtquerschnitt aufweisen.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärfeder (7) an ihren beiden Federenden Abplattungen (4) aufweisen, die gegenüber den Flächen des Magnetankers (2) und des Magnetkerns (5) parallele Auflageflächen bilden, die bevorzugt durch eine horizontalen Anschliff der beiden Federenden hergestellt sind.