DE102016216293A1 - Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil mit zwei Ventilschließkörpern (1, 2) nach Art eines Zweistufenventils, wobei zur Freigabe der den Ventilschließkörpern (1, 2) zugeordneten Ventilsitze (7, 13) sowohl der erste als auch der zweite Ventilschließkörper (1, 2) ausschließlich mittels einer Ventilspule elektromagnetisch betätigbar ist.
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 nach Art eines Zweistufenventils 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 mit Fertigungstoleranzen behaftete Druckfeder eingespannt, die den zweiten Ventilschließkörper in Richtung des ersten Ventilschließkörpers beaufschlagt, um den Ventilschließkörper von seinem Ventilsitz abheben zu können. Zwangsläufig erfordert das Ventil einen entsprechend großen konstruktiven Aufwand. - Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen, funktionsgerechten Mitteln kostengünstig und klein-bauend auszuführen, weshalb die bisher erforderliche Druckfeder entfallen soll.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Elektromagnetventil der angegebenen Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im Nachfolgenden aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele hervor.
- Es zeigen:
-
1 eine Gesamtansicht eines Elektromagnetventils im Längsschnitt, dessen zwei Ventilschließkörper zur Freigabe der Ventilsitze ausschließlich elektromagnetisch betätigbar sind, -
2 das Elektromagnetventil nach1 in einer elektromagnetisch erregten Schaltstellung des Magnetankers, in welcher der erste Ventilschließkörper von seinem Ventilsitz abgehoben ist, während der zweite Ventilschließkörper an seinem Ventilsitz verharrt, -
3 das Elektromagnetventil nach1 in einer elektromagnetisch erregten Schaltstellung des mit einem Hubmagneten verbundenen zweiten Ventilschließkörpers, der unter der Wirkung des Hubmagneten von seinem Ventilsitz abgehoben ist. - Die
1 bis3 zeigen jeweils in einer erheblichen Vergrößerung ein Elektromagnetventil im Längsschnitt mit einem mehrteiligen, im unteren und oberen Gehäusebereich bevorzugt im Tiefziehverfahren jeweils als Hülse5 dünnwandig ausgeführten Ventilgehäuse3 , dessen mittlerer, besonders dickwandiger Gehäuseabschnitt bevorzugt durch spanlose Umformung als Rohr4 ausgebildet ist. An dem beispielsweise als Kaltschlagteil hergestellten massiven Rohr4 schließt sich die obere Hülse5 an, die von einem stopfenförmigen Magnetkern16 verschlossen ist. Auch der Magnetkern16 besteht vorzugsweise aus einem kostengünstigen und hinreichend präzise gefertigten Kaltschlagteil, das mit der Hülse5 am Außenumfang laserverschweißt ist. Unterhalb des Magnetkerns16 befindet sich im Ventilgehäuse3 ein Magnetanker8 , der aus einem Rund- oder Mehrkantprofil durch Kaltschlagen bzw. Fließpressen gleichfalls sehr kostengünstig hergestellt ist. - Abbildungsgemäß verschließt in der Ventilgrundstellung der den ersten Ventilschließkörper
1 aufweisende Magnetanker8 unter der unmittelbaren Wirkung einer Rückstellfeder17 den in einem zweiten Ventilschließkörper2 angeordneten ersten Ventilsitz13 , der die Größe des ersten Ventildurchlasses12 bestimmt. - Infolge der Wirkung der Rückstellfeder
17 auf den ersten Ventilschließkörper1 verschließt in der abbildungsgemäßen, elektromagnetisch nicht erregten Ventilgrundstellung der zweite Ventilschließkörper2 einen in der unteren Hülse5 des Ventilgehäuses3 vorgesehenen (zweiten) Ventilsitz7 , der einen (sog. zweiten) Ventildurchlass6 aufweist, dessen freischaltbarer Durchlassquerschnitt erheblich größer ist als der elektromagnetisch freischaltbare Öffnungsquerschnitt des im zweiten Ventilschließkörper2 angeordneten (ersten) Ventildurchlasses12 . - In allen abgebildeten Ausführungsbeispielen mündet seitlich in die untere Hülse
5 , auf der Höhe des zweiten Ventilschließkörpers2 , wenigstens ein Druckmitteleinlasskanal18 ein. Unterhalb des zweiten Ventilschließkörpers2 befindet sich der lotrecht in die untere Hülse5 einmündende Druckmittelauslass19 angeordnet. Über die als Horizontalkanäle in der unteren Hülse5 dargestellten beiden Druckmitteleinlässe18 setzt sich der durch Pfeile in den2 ,3 dargestellte Druckmittelstrom in Richtung beider Ventilschließkörper1 ,2 fort, so dass einlassseitiges Druckmittel nach Passieren eines Ringfilters9 auf kürzestem Weg zu den beiden Ventilsitzen13 ,7 gelangt. - Um die Baugröße, das Gewicht und den Materialaufwand möglichst gering zu halten, ist der zweite Ventilschließkörper
2 als Hohlstößel gestaltet, der in Verbindung mit einem im Ventilgehäuse3 präzise geführten Hubmagneten10 auf seinen Ventilsitz7 gerichtet ist. Wie aus den1 bis3 deutlich zu entnehmen ist, besteht das Ventilgehäuse3 aus einem dickwandigen, unterschiedliche Wandstärken aufweisenden Rohr4 und zwei dünnwandigen Hülsen5 mit konstanter Wandstärke, zwischen denen das Rohr4 fixiert ist, wobei in der unteren Hülse5 der den zweiten, großzügig bemessenen Ventildurchlass6 aufweisende zweiten Ventilsitz7 anstelle einer integrierten Bauweise bevorzugt als separates Ringscheibenbauteil fixiert ist. - In den Figuren ist die Rückstellfeder
17 überwiegend im Magnetanker8 besonders kompakt bauend mittig aufgenommen, wozu der Magnetanker8 eine an den Durchmesser der Rückstellfeder17 angepasste Sackbohrung aufweist, an deren Boden sich die Rückstellfeder17 mit ihrem vom Magnetkern16 abgewandten Ende abstützt. Der Magnetanker8 trägt in einer bevorzugten formschlüssigen Verbindung den kugelförmigen ersten Ventilschließkörper1 , der mit dem im zweiten Ventilschließkörper2 integrierten ersten Ventilsitz7 zusammenwirkt. An den ersten Ventilsitz7 schließt sich innerhalb des zweiten Ventilschließkörpers2 der erste Ventildurchlass12 unmittelbar an, der in der Regel im Sinne einer Vorsteuerstufe einen gegenüber dem im zweiten Ventilsitz13 gelegenen zweiten Ventildurchlass6 einen wesentlich kleineren Öffnungsquerschnitt aufweist. - Um nunmehr auf die Verwendung einer toleranzbehafteten Druckfeder zur Betätigung des zweiten Ventilschließkörpers
2 verzichten zu können, sieht die Erfindung vor, dass der zweite Ventilschließkörper2 zur Freigabe des zweiten Ventilsitzes7 ausschließlich elektromagnetisch betätigbar ist, wozu der zweite Ventilschließkörper2 mit dem Hubmagneten10 fest verbunden ist, der unmittelbar zwischen dem Schließkopf des zweiten Ventilschließkörpers2 und dem ersten Ventilschließkörper1 im Rohr4 geführt ist. - Der mit dem Hubmagneten
10 verbundene zweite Ventilschließkörper2 lässt sich somit auf vereinfachte Weise mittels einer gebräuchlichen, sich vom Magnetkern16 bis zum Rohr4 erstreckende Ventilspule vom zweiten Ventilsitz7 abheben, die ohnehin zur Betätigung des Magnetankers8 erforderlich ist. Auf eine bildliche Darstellung der Ventilspule wurde verzichtet. - Bevorzugt ist der Hubmagnet
10 als Ringmagnet ausgeführt, in dessen mittige Öffnung der zweite Ventilschließkörper2 auf einfache und dennoch präzise Weise fixiert ist, der zur weiteren Ausbildung des sich an den ersten Ventilsitz13 anschließenden Ventildurchlasses12 als Hohlstößel ausgeführt ist. - Zur Miniaturisierung als auch optimalen Ausgestaltung des Magnetkreises ist der Hubmagnet
10 in Richtung des Magnetankers8 trichterförmig erweitert und der Magnetanker8 ist mit seinem dem Hubmagneten10 zugewandten Endabschnitt in der trichterförmigen Öffnung des Hubmagneten10 zumindest abschnittweise aufgenommen. Hierzu ist der Endabschnitt des Magnetankers8 an die trichterförmige Kontur des Hubmagneten10 in Form eines Ankerkegels11 angepasst, der an seinem Kegelende den ersten Ventilschließkörper1 aufnimmt, der gemeinsam mit dem Ankerkegel11 in der elektromagnetisch nicht erregten Grundstellung unter der Wirkung der Rückstellfeder17 in die trichterförmige Kontur des Hubmagneten10 eintaucht und damit den im zweiten Ventilschließkörper2 angeordneten ersten Ventilsitz13 verschließt. - Zwischen der trichterförmigen Kontur des Hubmagneten
10 und dem Ankerkegel11 befindet sich ein durch den Magnetfluss der Ventilspule überbrückbarer Luftspalt14 , der infolge der gewählten Trichtergeometrie einen bestmöglichen magnetischen Übergang ermöglicht. Infolge der geometrischen Überdeckung zwischen dem Ankerkegel11 und dem trichterförmigen Hubmagneten10 ergibt sich sowohl für das geschlossene Ventil als auch zum Abheben des zweiten Ventilschließkörpers2 von seinem Ventilsitz13 eine signifikant hohe magnetische Flussdichte, sobald der zweite Ventilschließkörper2 hydraulisch druckkompensiert ist. - Sowohl der Magnetanker
8 als auch der Hubmagnet10 sind mit minimalem Radialspiel im Ventilgehäuse3 geführt, sodass der magnetische Fluss über einen zwischen dem Rohr4 und dem Hubmagneten10 vorgesehenen minimalen Spalt20 als auch über einen minimalen Spalt20 zwischen dem Rohr4 und dem Magnetanker8 mit vernachlässigbar geringer Verlustleistung übertragen werden kann. - Entsprechend der erläuterten konstruktiven Auslegung des Luftspalts
14 und der Radialspalte20 lässt sich somit der erforderliche Magnetfluss für den Magnetanker8 als auch den Hubmagneten10 optimal für alle Schaltstellungen darstellen. - Weiterhin ist anstelle eines am Außenmantel des Hubmagneten
10 angeordneten Längskanals nunmehr zwischen dem Hubmagneten10 und dem zweiten Ventilschließkörper2 wenigstens ein Längskanal15 vorgesehen, der als eine in den Innenmantel des Hubmagneten10 gefräste Kerbe oder Nut ausgeführt ist, die mit dem in das Ventilgehäuse3 einmündenden Druckmitteleinlass18 permanent verbunden ist. Durch den innenliegenden Längskanal15 lässt sich der magnetischen Übergang zwischen dem Ventilgehäuse3 und dem Hubmagneten10 infolge der Beibehaltung des minimalen Radialspalts20 deutlich verbessern. - Die
2 zeigt den ersten Ventilschließkörpers1 in einer vom ersten Ventilsitz13 abgehobenen Stellung infolge einer durch die Ventilspule initiierten elektromagnetischen Erregung des Magnetankers8 , in welcher der Längskanal15 über den Ventildurchlass12 im zweiten Ventilschließkörper2 den Druckmitteleinlass18 mit einem an den zweiten Ventilsitz7 im Ventilgehäuse3 angrenzenden Druckmittelauslass19 verbindet, solange der zweite Ventilschließkörper2 infolge seines hydraulisch nicht druckausgeglichenen Zustands an seinem Ventilsitz13 verharrt. Die abgebildeten Pfeile sollen hierzu die Flussrichtung des Druckmittels sowie die vollzogene Bewegungsrichtung des Magnetankers8 und die noch zu vollziehende Bewegungsrichtung des Hubmagneten10 verdeutlichen. - Wie aus der
3 zu entnehmen ist, hebt erst nach der hydraulischen Druckkompensation der unter dem Einfluss des Magnetkreises stehende Hubmagnet10 den zweiten Ventilschließkörper2 von seinem Ventilsitz13 ab, sodass entsprechend der Pfeildarstellung anschließend eine direkte hydraulische Verbindung zwischen dem Druckmitteleinlass18 und dem Druckmittelauslass19 über den geöffneten großen Ventildurchlass6 auf kürzestem Weg zustande kommt. - Der Hubmagnet
10 ist zur bestmöglichen Ausnutzung der magnetischen Kräfte aus einem niedriglegierten, weichmagnetischen Stahl hergestellt, in dem der aus einem vergüteten, hochlegierten Stahl gefertigte zweite Ventilschließkörper2 zur präzisen Einstellung des zwischen dem Magnetanker8 und dem Hubmagneten10 vorgesehenen Luftspalts14 mittels einer Schiebepresspassung einjustiert ist. - Bezüglich der aus den
1 bis3 zu entnehmenden Funktionsweise des abgebildeten Elektromagnetventils ist somit festzustellen:
In der in1 abgebildeten, elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung nehmen infolge der Schließkraft der Rückstellfeder17 beide Ventilschließkörper1 ,2 ihre Ventilschließstellungen ein. - Gemäß der
2 verharrt der Magnetanker8 an den Magnetkern16 infolge einer durch die Ventilspule elektromagnetisch initiierte Hubbewegung, wodurch sich der erste Ventilschließkörper1 von dem im zweiten Ventilschließkörper2 integrierten ersten Ventilsitz7 entfernt hat, solange der zweite Ventilschließkörper2 nicht hydraulisch druckausgeglichen ist, sodass der Ventilschließkörper2 zunächst noch unter der Wirkung einer hydraulischen Druckdifferenz in Schließrichtung beaufschlagt wird und damit am zweiten Ventilsitz13 ruht. Folglich kann in diesem Zustand ausschließlich über den blendenförmigen Ventildurchlass12 im ersten Ventilsitz7 das Druckmittel gedrosselt zum Druckmittelauslass19 gelangen. - Nach erfolgtem hydraulischem Druckausgleich ist auf verhältnismäßig einfache Weise die Voraussetzung geschaffen, dass auch der zweite Ventilschließkörper
2 durch das auf den Hubmagneten10 einwirkende Magnetfeld der Ventilspule vom zweiten Ventilsitz13 abhebt und den drosselfreien großen Querschnitt im zweiten Ventildurchlass6 öffnet. Die3 veranschaulicht hierzu die an den Magnetkern16 herangezogene Endstellung des Hubmagneten10 , an dessen kugelförmigem Ventilschließkörper1 sich der angehobene zweite Ventilschließkörper2 mit seinem integrierten Ventilsitz7 abstützt. - Mit der Beendigung der elektromagnetischen Erregung kehrt sich infolge der Wirkung der Rückstellfeder
17 die Bewegungsrichtung des Magnetankers8 und des Hubmagneten10 um, sodass beide Ventilschließkörper1 ,2 wieder analog zu1 ihre geschlossenen Schaltstellungen an beiden Ventilsitzen7 ,13 einnehmen. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Ventilschließkörper
- 2
- Ventilschließkörper
- 3
- Ventilgehäuse
- 4
- Rohr
- 5
- Hülse
- 6
- Ventildurchlass
- 7
- Ventilsitz
- 8
- Magnetanker
- 9
- Ringfilter
- 10
- Hubmagnet
- 11
- Ankerkegel
- 12
- Ventildurchlass
- 13
- Ventilsitz
- 14
- Luftspalt
- 15
- Längskanal
- 16
- Magnetkern
- 17
- Rückstellfeder
- 18
- Druckmitteleinlass
- 19
- Druckmittelauslass
- 20
- Spalt
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102005014100 A1 [0002]
Claims (12)
- Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten ersten und einem zweiten Ventilschließkörper, die in koaxialer Anordnung im Ventilgehäuse jeweils einen Ventildurchlass in einem ersten als auch in einem zweiten Ventilsitz 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, hülsenförmigen 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 am Ventilgehäuse befestigbaren Ventilspule den im zweiten Ventilschließkörper gelegenen ersten Ventildurchlass zu öffnen vermag, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilschließkörper (
2 ) zur Freigabe des zweiten Ventilsitzes (7 ) elektromagnetisch betätigbar ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilschließkörper (
2 ) an einem Hubmagneten (10 ) angebracht ist, der zwischen dem Magnetanker (8 ) und dem zweiten Ventilsitz (7 ) am ersten Ventilschließkörper (1 ) fixiert ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Hubmagneten (
10 ) verbundene zweite Ventilschließkörper (2 ) mittels der am Ventilgehäuse (3 ) angebrachten Ventilspule vom zweiten Ventilsitz (7 ) abhebbar ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubmagnet (
10 ) als Ringmagnet ausgeführt ist, in dessen mittige Öffnung der zweite Ventilschließkörper (2 ) fixiert ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilschließkörper (
2 ) zur Aufnahme des sich an den ersten Ventilsitz (13 ) anschließenden Ventildurchlasses (12 ) als Hohlstößel ausgebildet ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubmagnet (
10 ) in Richtung des Magnetankers (8 ) trichterförmig erweitert ist, und dass der Magnetanker (8 ) mit seinem dem Hubmagneten (10 ) zugewandten Endabschnitt in der trichterförmigen Öffnung des Hubmagneten (10 ) zumindest abschnittweise nach Art eines Tauchmagneten aufgenommen ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt des Magnetankers (
8 ) an die trichterförmige Kontur des Hubmagneten (10 ) in Form eines Ankerkegels (11 ) angepasst ist, der an seinem Kegelende den ersten Ventilschließkörper (1 ) aufnimmt, der gemeinsam mit dem Ankerkegel (11 ) in der elektromagnetisch nicht erregten Grundstellung unter der Wirkung der Rückstellfeder (17 ) in die trichterförmige Öffnung des Hubmagneten (10 ) eintaucht und den im zweiten Ventilschließkörper angeordneten ersten Ventilsitz (13 ) verschließt. - Elektromagnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der trichterförmigen Öffnung des Hubmagneten (
10 ) und dem Ankerkegel (11 ) ein durch den Magnetfluss einer Ventilspule überbrückbarer Luftspalt (14 ) vorgesehen ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hubmagneten (
10 ) und dem als Hohlstößel ausgebildeten zweiten Ventilschließkörper (2 ) ein Längskanal (15 ) vorgesehen ist, der zwischen einem in das Ventilgehäuse (3 ) einmündenden Druckmitteleinlass (18 ) und dem mit den ersten Ventilsitz (13 ) zusammenwirkenden ersten Ventilschließkörper (1 ) eine hydraulische Verbindung herstellt. - Elektromagnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einer vom ersten Ventilsitz (
13 ) abgehobenen Stellung des ersten Ventilschließkörpers (1 ) der Längskanal (15 ) den Druckmitteleinlass (18 ) über den Ventildurchlass (12 ) im zweiten Ventilschließkörper (2 ) mit einem an den zweiten Ventilsitz (7 ) im Ventilgehäuse (3 ) angrenzenden Druckmittelauslass (19 ) verbindet. - Elektromagnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Längskanal (
15 ) durch eine in den Innenmantel des Hubmagneten eingefräste Kerbe oder Nut gebildet ist. - Elektromagnetventil nach einem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubmagnet (
10 ) aus einem niedriglegierten, weichmagnetischen Stahl hergestellt ist, in dem der aus einem vergüteten, hochlegierten Stahl gefertigte zweite Ventilschließkörper (2 ) zur präzisen Einstellung eines zwischen dem Magnetanker (8 ) und dem Hubmagneten (10 ) vorgesehenen Luftspalts (14 ) mittels einer Schiebepresspassung einjustiert ist.
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Cited By (2)
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