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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 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 Druckfeder eingespannt, die den zweiten Ventilschließkörper in Richtung des ersten Ventilschließkörpers beaufschlagt. Zwangsläufig erfordert das Ventil einen entsprechend großen konstruktiven Aufwand.
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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 auszuführen.
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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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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 eine Gesamtansicht eines Elektromagnetventils im Längsschnitt, dessen Druckfeder erfindungsgemäß zwischen dem Ventilsitz und dem zweiten Ventilschließkörper angeordnet ist, der unter Verzicht auf eine gesonderte Führungshülse direkt im Ventilgehäuse geführt ist,
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2 eine Abwandlung des aus 1 bekannten Elektromagnetventils, dessen im zweiten Ventilschließkörper aufgenommene Druckfeder sich auf einem im Ventilsitz angeordneten sternförmigen Anschlag abstützt,
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3 eine weitere Abwandlung des aus 1 bekannten Elektromagnetventils, das infolge der magnetischen Eigenschaften des zweiten Ventilschließkörpers keine Druckfeder-Unterstützung zum Abheben des Ventilschließkörpers von seinem Ventilsitz benötigt,
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4 eine konstruktive Abwandlung des in 3 abgebildeten Elektromagnetventils im Bereich des Magnetankers und des zweiten Ventilschließkörpers,
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5 die in 1 abgebildete Druckfeder in einer Perspektivdarstellung.
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Die 1 bis 4 zeigen jeweils in einer erheblichen Vergrößerung ein Elektromagnetventil im Längsschnitt mit einem mehrteiligen, im unteren und oberen Gehäusebereich bevorzugt im Tiefziehverfahren jeweils als Hülse 5 dünnwandig ausgeführten Ventilgehäuse 3, dessen mittlerer, besonders dickwandiger Gehäuseabschnitt bevorzugt durch spanlose Umformung als Rohr 5 ausgebildet ist. An dem beispielsweise als Kaltschlagteil hergestellten massiven Rohr 4 schließt sich die obere Hülse 5 an, die von einem stopfenförmigen Magnetkern 16 verschlossen ist. Auch der Magnetkern 16 besteht vorzugsweise aus einem kostengünstigen und hinreichend präzise gefertigten Kaltschlagteil, das mit der Hülse 5 am Außenumfang laserverschweißt ist. Unterhalb des Magnetkerns 16 befindet sich im Ventilgehäuse 3 ein Magnetanker 8, der aus einem Rund- oder Mehrkantprofil beispielsweise durch Kaltschlagen bzw. Fließpressen gleichfalls sehr kostengünstig hergestellt ist.
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Abbildungsgemäß verschließt in der Ventilgrundstellung der den ersten Ventilschließkörper 1 aufweisende Magnetanker 8 unter der unmittelbaren Wirkung einer Rückstellfeder 17 den in einem zweiten Ventilschließkörper 2 angeordneten ersten Ventilsitz 18, der die Größe des ersten Ventildurchlasses 12 bestimmt.
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Infolge der Wirkung der Rückstellfeder 17 auf den ersten Ventilschließkörper 1 verschließt in der abbildungsgemäßen Ventilgrundstellung der zweite Ventilschließkörper 2 einen in der unteren Hülse 5 des Ventilgehäuses 3 vorgesehenen (zweiten) Ventilsitz 7, der einen (ventilseitig definierten zweiten) Ventildurchlass 6 aufweist, dessen freischaltbarer Durchlassquerschnitt erheblich größer ist als der elektromagnetisch freischaltbare Öffnungsquerschnitt des im zweiten Ventilschließkörper 2 angeordneten (ersten) Ventildurchlasses 12.
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Gemäß den 1 und 2 steht der zweite Ventilschließkörper 2 unmittelbar unter der Wirkung einer den zweiten Ventilschließkörper 2 vom zweiten Ventilsitz 7 anhebenden Druckfeder 9, die somit entgegengesetzt zur Rückstellfeder 17 wirksam ist.
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In allen abgebildeten Ausführungsbeispielen mündet seitlich in die untere Hülse 5, auf der Höhe des zweiten Ventilschließkörpers 2, ein Druckmitteleinlasskanal 19 ein. Unterhalb des zweiten Ventilschließkörpers 2 befindet sich der lotrecht in die untere Hülse 5 einmündende Druckmittelauslasskanal 20 angeordnet. Der als Horizontalkanal in der unteren Hülse 5 dargestellte Druckmitteleinlasskanal 19 setzt sich entlang der Mantelfläche des zweiten, hülsen- oder kolbenförmig gestalteten Ventilschließkörpers 2 fort, so dass einlassseitiges Druckmittel nach Passieren eines Ringfilters 21 auf kürzestem Weg in Richtung der beiden Ventilsitze 18, 7 gelangt.
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Um die Baugröße und den Materialaufwand möglichst gering zu halten, sieht die Erfindung gemäß allen abgebildeten Ausführungsbeispielen vor, dass der zweite Ventilschließkörper 2 zumindest abschnittsweise entlang seinem Außenumfang im Ventilgehäuse 3 unmittelbar geführt ist. Wie aus den 1 bis 3 deutlich zu entnehmen ist, besteht das Ventilgehäuse 3 aus einem dickwandigen, unterschiedliche Wandstärken aufweisenden Rohr 4 und zwei dünnwandigen Hülsen 5 mit konstanter Wandstärke, zwischen denen das Rohr 4 fixiert ist, wobei in der unteren Hülse 5 der den zweiten Ventildurchlass 6 aufweisende zweite Ventilsitz 7, anstelle einer integrierten Bauweise, bevorzugt als separates Ringscheibenbauteil ausgeführt ist.
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In den 1 und 2 ist die Druckfeder 9 abschnittsweise im zweiten Ventilschließkörper 2 besonders kompakt bauend mittig aufgenommen, wozu der zweite Ventilschließkörper 2 eine an den Durchmesser der Druckfeder 9 angepasste Stufenbohrung 10 aufweist, an deren Bohrungsstufe 11 sich die Druckfeder 9 abstützt. Die Bohrungsstufe 11 grenzt somit an den im zweiten Ventilschließkörper 2 integrierten ersten Ventildurchlass 12 unmittelbar an, der einen gegenüber dem zweiten Ventildurchlass 6 wesentlich kleineren Öffnungsquerschnitt aufweist. Mit ihrem zur Bohrungsstufe 11 entgegengesetzten Ende stützt sich die Druckfeder 9 unmittelbar im zweiten Ventilsitz 7 ab. Bevorzugt ist im zweiten Ventilsitz 7 ein Anschlag 13 vorgesehen, an dem sich das von der Bohrungsstufe 11 abgewandte Ende der Druckfeder 9 gleichmäßig abstützen kann.
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Gemäß der 1 weist der dem zweiten Ventilsitz 7 zugewandte Endabschnitt der Druckfeder 9 eine im Durchmesser an den zweiten Ventilsitz 7 speziell angepasste Federwindung 14 auf, die sich somit strömungsoptimiert im zweiten Ventilsitz 7 abstützt. Die Druckfeder 9 ist über die Mehrzahl ihrer Federwindungen besonders kompakt bauend als Zylinderfeder gestaltet, die aufgrund ihres kleinen Durchmessers über eine Teillänge in der Stufenbohrung 10 des zweiten Ventilschließkörpers 2 platzsparend aufgenommen ist, während ein dem zweiten Ventilsitz 7 zugewandter, aus dem zweiten Ventilschließkörper 2 hervorstehender Endabschnitt der Druckfeder 9 eine an den abgestuften Innendurchmesser des zweiten Ventilsitzes 7 angepasste Federendwindung 14 aufweist, die sich mittels eines radial abgekröpften Drahtabschnitts 15 an einem im Ventilsitz 7 umlaufenden Anschlag 13 gleichförmig abstützt.
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Durch den radial abgekröpften Drahtabschnitt 15 ist zwischen dem kleinen Durchmesser der im zweiten Ventilschließkörper 2 überwiegend aufgenommenen Zylinderfeder und dem erforderlichen großen, an den Innendurchmesser des zweiten Ventilsitzes 7 angepassten Durchmesser ein einfacher Übergang geschaffen, der innerhalb des Ventilsitzes 7 keinen nennenswerten Strömungswiderstand im zugehörigen zweiten Ventildurchlass 6 erzeugt. Folglich beträgt die radiale Erstreckung des Drahtabschnitts 15 dem Halbmesser des im zweiten Ventilsitz 7 vorgesehenen zweiten Ventildurchlasses 6, vermindert oder vermehrt um den Biegeradius bzw. das Kröpfungsmaß der Druckfeder 9 jeweils im Übergangsbereich zwischen der Zylinderfeder zum Drahtabschnitt 15 sowie zwischen dem Drahtabschnitt 15 und der ringförmig erweitereten Federendwindung 14. Die 5 zeigt die zur Druckfeder 9 beschriebenen Einzelheiten in einer Perspektivdarstellung.
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Abweichend von 1 besteht gemäß der 2 der Anschlag 13 aus einem im zweiten Ventilsitz 7 fixierten Einlegeteil, an dem sich die zylinderförmig gewickelte Druckfeder 9 unmittelbar mittig abstützt, ohne das Erfordernis einer analog zu 5 an den Ventilsitzdurchmesser anzupassenden Federwindung. Der Anschlag 13 weist vorzugsweise die Kontur eines hydraulisch besonders widerstandsarmen Sterns oder Kreuzes auf.
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Obwohl es sich bisher bewährt hat, den zweiten Ventilschließkörpers 2 aus einem den Magnetfluss nicht leitenden Werkstoff herzustellen, der gemäß den 1 und 2 von einer zwischen dem Ventilsitz 7 und dem zweiten Ventilschließkörper 2 eingespannten Druckfeder 9 zuverlässig und präzise zur Freigabe des zweiten Ventildurchlasses 6 betätigt wird, soll hiermit ergänzend auf die nachfolgend in der 3 offenbarte Konstruktionsvariante verwiesen werden.
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Abweichend von den voran beschriebenen 1 und 2 ist nach 3 auch eine Herstellung des zweiten Ventilschließkörpers 2 aus einem den Magnetfluss leitenden Werkstoff möglich, der dem Werkstoff des Magnetankers 8 entspricht, um begünstigt durch eine elektromagentische Erregung des Magnetankers 8, gleichzeitig aufgrund der Magnetisierungseigenschaft des zweiten Ventilschließkörpers 2, das Anheben des zweiten Ventilschließkörpers 2 vom zweiten Ventilsitz 7 zu unterstützen, ohne die Druckfeder 9 verwenden zu müssen.
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Weiterhin offenbart die 4 eine konstruktive Abwandlung des in 3 abgebildeten Elektromagnetventils im Bereich des Magnetankers 8 und des zweiten Ventilschließkörpers 2, um während einer elektromagnetischen Erregung des Magnetankers 8 und des zweiten Ventilschließkörpers 2 eine effektive Proportionalisierung zu erzielen, wodurch sich die auf den zweiten Ventilschließkörper 2 wirksame Magnetkraft signifikant steigern lässt. Hierzu weist die dem Magnetanker 8 zugewandte Stirnfläche eine beckenförmige Vertiefung 22 auf, die von einem umlaufenden Rand 23 des Ventilschließkörpers 2 begrenzt ist, welche den Außenmantel des Magnetankers 8 abschnittweise überdeckt, solange der Magnetanker 8 mit dem kugelförmigen Ventilschließkörper 1 abbildungsgemäß in der beckenförmigen Vertiefung 22 eintaucht. Alle weiteren in der 4 abgebildeten Einzelheiten entsprechen den aus der 3 bereits bekannten Einzelheiten.
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Schließlich soll bezüglich des bereits vorgestellten Ventilgehäuses 3 noch auf eine weitere, graphisch nicht dargestellte Gehäusevariante hingewiesen werden, die beispielsweise einen zweiteiligen Aufbau des Ventilgehäuses 3 vorsieht, sodass das Ventilgehäuse 3 aus einem dickwandigen, unterschiedliche Wandstärke aufweisenden Rohr 4 und aus einer dünnwandigen, eine konstante Wandstärke aufweisende Hülse 5 zur Aufnahme des Magnetkerns 16 aufweisen würde, mit den Besonderheiten, dass in dem massiven Rohr 4 sodann ein den zweiten Ventildurchlass 6 aufweisender Ventilsitz 7 unmittelbar integriert werden könnte.
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Nachfolgend soll primär die grundlegende Funktionsweise des in der 1 und 2 abgebildeten Elektromagnetventils beschrieben werden:
In der abgebildeten, elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung nehmen infolge der Schließkraft der Rückstellfeder 17, deren Federkraft größer dimensioniert ist als die Kraft der entgegengesetzt wirkenden Druckfeder 9, beide Ventilschließkörper 1, 2 ihre Ventilschließstellungen ein.
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Unter der Voraussetzung, dass gleiche hydraulische Drücke im Druckmitteleinlass- und auslasskanal 19, 20 vorherrschen, legt der Magnetanker 8 bei elektromagnetischer Erregung bis zum Anliegen am Magnetkern 16 einen Hub zurück, der dem maximalen Hub des zweiten Ventilschließkörpers 2 entspricht. Da die Wirkung der Rückstellfeder 17 auf die Ventilschließkörper 1, 2 in der elektromagnetischen Erregung aufgehoben ist, bewegen sich beide aneinander anliegende Ventilschließkörper 1, 2 infolge der Wirkung der Druckfeder 9 synchron zur Magnetankerbewegung, sodass der maximale Querschnitt am zweiten Ventildurchlass 6 sofort nach elektromagnetischer Erregung freigegeben wird.
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Ist aber der Druck im Druckmitteleinlasskanal 19 größer als der Hydraulikdruck im Druckmittelauslasskanal 20, vermindert sich die Hubwirkung der Druckfeder 9 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 Druckfeder 9 auf den ersten Ventilschließkörper 1, der zusätzlich zur Kraftwirkung der Rückstellfeder 17 unter der Wirkung der hydraulischen Druckdifferenz im Schließsinn beaufschlagt wird.
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Erfolgt unter den dargelegten Gegebenheiten nunmehr eine elektromagnetisch initiierte Hubbewegung des Magnetankers 8, so legt der Magnetanker 8 unter Kompression der Rückstellfeder 17 einen definierten Hub zurück, wodurch sich der erste Ventilschließkörper 1 vom zweiten Ventilschließkörper 2 entfernt und den blendenförmigen ersten Ventildurchlass 12 zum hydraulischen Druckausgleich freigibt. Nach erfolgtem Druckausgleich ist auf verhältnismäßig einfache Weise die Voraussetzung geschaffen, dass auch der zweite Ventilschließkörper 2 durch die Druckfeder 9 unterstützt den drosselfreien großen Querschnitt im zweiten Ventildurchlass 6 zu öffnen vermag.
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Unter der Annahme, dass gemäß den Ausführungsbeispielen nach den 3 und 4 auf die Druckfeder 9 verzichtet wird, erfolgt anstelle einer mechanischen Unterstützung des zweiten Ventilschließkörpers 2 durch eine Druckfeder 9 sodann infolge der magnetisierbaren Eigenschaft des zweiten Ventilkolben 2, eine elektromagnetische Unterstützung zum Abheben des zweiten Ventilschließkörpers 2 vom zweiten Ventilsitz 7, solange mittels einer auf das Ventilgehäuse 3 aufgesetzten Ventilspule die Erregung des Magnetankers 8 erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilschließkörper
- 2
- Ventilschließkörper
- 3
- Ventilgehäuse
- 4
- Rohr
- 5
- Hülse
- 6
- Ventildurchlass
- 7
- Ventilsitz
- 8
- Magnetanker
- 9
- Druckfeder
- 10
- Stufenbohrung
- 11
- Bohrungsstufe
- 12
- Ventildurchlass
- 13
- Anschlag
- 14
- Federendwindung
- 15
- Drahtabschnitt
- 16
- Magnetkern
- 17
- Rückstellfeder
- 18
- Ventilsitz
- 19
- Druckmitteleinlasskanal
- 20
- Druckmittelauslasskanal
- 21
- Ringfilter
- 22
- Vertiefung
- 23
- Rand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005014100 A1 [0002]
