DE102016216347A1

DE102016216347A1 - Ventilanker und Ventilpatrone für ein Magnetventil

Info

Publication number: DE102016216347A1
Application number: DE102016216347.7A
Authority: DE
Inventors: Bernd Haeusser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2018-03-01
Also published as: CN109641580B; KR102376560B1; JP2019530830A; KR20190039733A; CN109641580A; JP6770174B2; US10895330B2; DE112017004365A5; US20190203847A1; WO2018041548A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventilanker (10) für ein Magnetventil, mit einem Grundkörper (11) aus einem magnetisch leitfähigem Metall, an dessen einem Ende eine Vertiefung (14) angeordnet ist, welche einen Stößel (20) mit einem Schließelement (24) aufnimmt, wobei ein Stößelgrundkörper (22) aus Kunststoff besteht und mit dem Grundkörper (11) einen Pressverband ausbildet, sowie eine Ventilpatrone (1) für ein Magnetventil mit einem solchen Ventilanker (10). Hierbei weist der Grundkörper (11) eine mit der Vertiefung (14) verbundene Ringnut (16) auf, welche plastische Verformungen des Stößelgrundkörpers (22) aufnimmt, welche einen Formschluss mit der Ringnut (16) ausbilden und den Stößelgrundkörper (22) in der Vertiefung (14) fixieren.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Ventilanker für ein Magnetventil nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1 und von einer zugehörigen Ventilpatrone für ein Magnetventil nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 10.
Aus dem Stand der Technik sind stromlos offene oder geschlossene Magnetventile bekannt, welche beispielsweise als Einlassventile oder Auslassventile in einem Hydraulikaggregat eines Fahrzeugbremssystems eingesetzt werden. Über das Hydraulikaggregat können Steuer- und/oder Regelvorgänge in einem Antiblockiersystem (ABS) oder einem Antriebsschlupfregelsystem (ASR-System) oder einem elektronischen Stabilitätsprogrammsystem (ESP-System) für den Druckaufbau bzw. Druckabbau in korrespondierenden Radbremszangen durchgeführt werden. Solche Magnetventile umfassen eine Magnetbaugruppe und eine Ventilpatrone, welche eine Führungshülse, einen innerhalb der Führungshülse gegen die Kraft einer Rückstellfeder zwischen einer Geschlossenposition und einer Offenposition axial beweglich geführten Ventilanker mit einem Schließelement und einen mit der Führungshülse verbundene Ventilhülse mit einem Ventilsitz umfasst. Durch die Bestromung der Magnetbaugruppe wird eine Magnetkraft erzeugt, welche den Ventilanker mit dem Schließelement bei einem unbestromt offenen Magnetventil von der Offenstellung in die Geschlossenstellung bewegt bis das Schließelement auf den korrespondierenden Ventilsitz trifft und diesen abdichtet. Im unbestromten Zustand bewegt die Rückstellfeder den Ventilanker mit dem Schließelement und das Schließelement hebt vom Ventilsitz ab und gibt diesen frei. Bei einem unbestromt geschlossenen Magnetventil wird der Ventilanker mit dem Schließelement durch die Bestromung der Magnetbaugruppe von der Geschlossenstellung in die Offenstellung bewegt und das Schließelement hebt aus dem Ventilsitz ab und gibt diesen frei. Wird der Strom abgeschaltet, dann bewegt die Rückstellfeder den Magnetanker mit dem Schließelement in Richtung Ventilsitz bis das Schließelement auf den Ventilsitz trifft und diesen abdichtet. Die beschriebenen Magnetventile erzeugen ein so genanntes Schließgeräusch, wenn das Schließelement, welches einen gehärteten Schließkörper umfasst, welcher beispielsweise als Stahlkugel ausgeführt ist, auf den ebenfalls aus gehärtetem Stahl bestehenden Ventilsitz trifft.
Zur Reduzierung dieser Schaltgeräusche ist es bekannt, Stößel mit Schließelementen zu verwenden, welche Grundkörper aus Kunststoff aufweisen. Diese werden in den härteren Grundkörper des Ventilankers eingepresst, welcher vorzugsweise aus Eisen bzw. Stahl hergestellt ist.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2014 217 447 A1 wird beispielsweise ein Ventilanker für ein Magnetventil und eine Ventilpatrone für ein Magnetventil mit einem solchen Ventilanker beschrieben. An einem Ende des Ventilankers ist eine Vertiefung angeordnet, welche einen Stößel mit einem Schließelement aufnimmt. Das Schließelement wird mit einem Ventilsitz zusammen, um eine Fluidströmung zwischen mindestens zwei Strömungsöffnungen einzustellen. Hierbei kann ein Grundkörper des Stößels aus Kunststoff bestehen und mit dem Grundkörper der Ventilpatrone einen Pressverband ausbilden. Dadurch wirkt der Grundkörper des Stößels als elastisches Dämpfungselement für den Schließkörper aus Metall und dämpft einen beim Auftreffen des Schließkörpers auf dem Ventilsitz entstehenden Impuls.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Ventilanker für ein Magnetventil mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und die korrespondierende Ventilpatrone für ein Magnetventil mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10 haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Modifikation des Ventilankers der Stößel immer fest im Grundkörper des Ventilankers eingepresst ist. Da der Grundkörper des Ventilankers und der Stößelgrundkörper verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, können sich die Bauteile bei Temperaturschwankungen unterschiedlich ausdehnen. Dadurch kann es zu einem Setzen des Kunststoffgrundkörpers kommen, wodurch sich die Pressung zwischen dem Ventilanker und dem Stößel reduzieren kann. Je nach Material und Auslegung des Pressverbandes, besteht die Möglichkeit, dass sich der Stößel löst. Dadurch könnte beim Öffnen des Ventils das Schließelement des losen Stößels im Ventilsitz verbleiben, so dass das Ventil nicht wie gewünscht öffnet. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist durch den zusätzlichen Formschluss sichergestellt, dass der Stößelgrundkörper immer fest im Grundkörper des Ventilankers eingepresst ist. Der Pressverband ist so ausgelegt, dass es zu einer Überpressung kommt, durch welche das weichere Kunststoffmaterial des Stößelgrundkörpers zu fließen beginnt und plastische Verformungen ausbildet. Die zusätzliche Ringnut im härteren Grundköper des Ventilankers sorgt für einen zusätzlichen Freiraum, in welche der Kunststoff des Stößelgrundkörpers fließen kann. Dadurch wird der gewünschte zusätzliche Formschluss erreicht, wodurch der Stößel dauerhaft fixiert werden kann.
Zudem können durch die Ausführung des Stößelgrundkörpers als Kunststoffteil beim Schließen auftretende Schließgeräusch in vorteilhafter Weise reduziert und im optimalen Fall sogar nahezu vollständig unterbunden werden.
Somit tragen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch zur Verbesserung des NVH-Verhaltens (NVH: Noise Vibration Harshness, deutsch: Geräusch, Vibration, Rauheit) des Fahrzeugs bei, indem die beim Schließen des Magnetventils entstehenden störenden Geräusche gemindert und bestenfalls ganz vermieden werden. Dadurch ist es möglich das Fahrzeugbremssystem als Ein-Box-System auszuführen und das Hydraulikaggregat direkt mit der Spritzwand des Fahrzeugs zu verschrauben, da keine störenden Schließgeräusche in den Innenraum gelangen können.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Ventilanker für ein Magnetventil zur Verfügung, welcher einen Grundkörper aus einem magnetisch leitfähigem Metall umfasst, an dessen einem Ende eine Vertiefung angeordnet ist, welche einen Stößel mit einem Schließelement aufnimmt. Ein Stößelgrundkörper besteht aus Kunststoff und bildet mit dem Grundkörper einen Pressverband aus. Hierbei weist der Grundkörper eine mit der Vertiefung verbundene Ringnut auf, welche plastische Verformungen des Stößelgrundkörpers aufnimmt, welche einen Formschluss mit der Ringnut ausbilden und den Stößelgrundkörper zusätzlich in der Vertiefung fixieren.
Zudem wird eine Ventilpatrone für ein Magnetventil mit einer Führungshülse, einem innerhalb der Führungshülse gegen die Kraft einer Rückstellfeder zwischen einer Geschlossenposition und einer Offenposition axial beweglich geführten erfindungsgemäßen Ventilanker, welcher einen Stößel mit einem Schließelement aufweist, und einer mit der Führungshülse verbundenen Ventilhülse mit einem Ventilsitz vorgeschlagen, welcher zwischen mindestens einer ersten Strömungsöffnung und mindestens einer zweiten Strömungsöffnung angeordnet ist. Das Schließelement wirkt in der Geschlossenstellung dichtend mit dem Ventilsitz zusammen und unterbricht eine Fluidströmung zwischen der mindestens einen ersten Strömungsöffnung und der mindestens einen zweiten Strömungsöffnung. In der Offenstellung ist das Schließelement vom Ventilsitz abgehoben und ermöglicht die Fluidströmung zwischen der mindestens einen ersten Strömungsöffnung und der mindestens einen zweiten Strömungsöffnung.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Ventilankers für ein Magnetventil möglich.
Besonders vorteilhaft ist, dass der Kunststoff, aus welchem der Stößelgrundkörper hergestellt ist, ein Thermoplast sein kann. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des Stößelgrundkörpers.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Ventilankers kann die Vertiefung als Sackloch ausgebildet werden. Bei der Auslegung des Pressverbandes ist es von Vorteil, wenn die Überpressung so weit erhöht ist, dass die Fließgrenze des Kunststoffmaterials des Stößelgrundkörpers erreicht wird. Dadurch kann die Ringnut mit dem fließenden Kunststoffmaterial gefüllt werden, welches die plastischen Verformungen ausbildet. Da es zu Abplatzungen am Stößelgrundkörper kommen kann, kann die Sacklochbohrung die abgeplatzten Partikel in vorteilhafter Weise sicher einschließen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Ventilankers kann die Ringnut am Ende einer Kontaktzone zwischen einer Wandung der Vertiefung und dem Stößelgrundkörper angeordnet werden. Zudem kann die Ringnut in Richtung Öffnung eine Kante zur Vertiefung ausbilden. Diese Kante zwischen der Ringnut und der Vertiefung weist vorzugsweise einen rechten Winkel auf. Da beim Verpressen des Stößelgrundkörpers in der Vertiefung des Grundkörpers des Ventilankers am Ende der Kontaktzonen beider Körper erhöhte Druckspannungen entstehen, kann dieser Effekt genutzt werden, um die Vorspannung an der Kante zu erhöhen und den Fließprozess zu verbessern. Deshalb ist es von Vorteil, wenn die Ringnut am Ende der Kontaktzone der beiden Bauteile angebracht wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Ventilankers kann die Vertiefung eine Einführschräge aufweisen, um das Einführen des Stößelgrundkörpers zu erleichtern. Zudem kann der Stößelgrundkörper eine Ringwulst aufweisen, an deren Stirnfläche das Schließelement angeformt ist. Hierbei kann eine dem Schließelement abgewandte Stirnfläche der Ringwulst an die Einführschräge angepasst werden. Durch den Ringwulst kann das Einpresswerkzeug angesetzt werden, ohne das Schließelement zu beschädigen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Ventilankers können die Abmessungen des Stößelgrundkörpers an die Abmessungen der Vertiefung angepasst werden. Der Stößelgrundkörper kann beispielsweise als gestufter Zylinder bzw. als Zylinder mit Ringwulst ausgebildet werden. Das Schließelement kann beispielsweise als Kugelkalotte ausgeführt werden
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische perspektivische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilpatrone für ein Magnetventil mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventilankers.
2 zeigt einen schematischen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Ventilankers aus 1.
3 zeigt eine Darstellung des Details III aus 2.
4 zeigt eine schematische Vorderansicht des Ventilankers aus 1 und 2.
5 zeigt einen schematischen Längsschnitt des Grundkörpers des erfindungsgemäßen Ventilankers aus 1 bis 4.
Ausführungsformen der Erfindung
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilpatrone 1 für ein Magnetventil einen Polkern 2, eine mit dem Polkern 2 verbundene Führungshülse 4, einen innerhalb der Führungshülse 4 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 7 zwischen einer Geschlossenposition und einer Offenposition axial beweglich geführten Ventilanker 10, welcher einen Stößel 20 mit einem Schließelement 24 aufweist, und eine mit der Führungshülse 4 verbundene Ventilhülse 6 mit einem Ventilsitz 6.1, welcher zwischen mindestens einer ersten Strömungsöffnung 6.2 und mindestens einer zweiten Strömungsöffnung 6.3 angeordnet ist. Der axial bewegliche Ventilanker 10 wird bei einer Bestromung einer nicht näher dargestellten Magnetbaugruppe, d.h. bei einem über elektrischen Anschlüsse an eine Spulenwicklung der Magnetbaugruppe angelegten elektrischen Strom, durch eine erzeugte Magnetkraft innerhalb der Führungshülse 4 gegen die Kraft der Rückstellfeder 7 bewegt. Der maximal mögliche Hub des Ventilankers 10 bzw. des Schließelements 24 wird durch einen Luftspalt 3 zwischen dem Polkern 2 und dem Ventilanker 10 vorgegeben. Zudem sind Ausgleichsnuten 18 vorgesehen, welche den Luftspalt 3 mit einem Ventilraum verbinden. Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, wirkt das Schließelement 24 in der dargestellten Geschlossenstellung dichtend mit dem Ventilsitz 6.1 zusammen und unterbricht eine Fluidströmung zwischen der mindestens einen ersten Strömungsöffnung 6.2 und der mindestens einen zweiten Strömungsöffnung 6.3. In einer nicht näher dargestellten Offenstellung ist das Schließelement 14 vom Ventilsitz 6.1 abgehoben und ermöglicht die Fluidströmung zwischen der mindestens einen ersten Strömungsöffnung 6.2 und der mindestens einen zweiten Strömungsöffnung 6.3.
Wie aus 1 bis 5, weiter ersichtlich ist, weist ein Grundkörper 11 aus einem magnetisch leitfähigem Metall des Ventilankers 10 an einem Ende eine Vertiefung 14 auf, welche den Stößel 20 mit dem Schließelement 24 aufnimmt. Ein Stößelgrundkörper 22 besteht aus Kunststoff und bildet mit dem Grundkörper 11 einen Pressverband aus. Hierbei weist der Grundkörper 11 eine mit der Vertiefung 14 verbundene Ringnut 16 auf, welche plastische Verformungen des Stößelgrundkörpers 22 aufnimmt, welche einen Formschluss mit der Ringnut 16 ausbilden und den Stößelgrundkörper 22 zusätzlich in der Vertiefung 14 fixieren. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stößelgrundkörper 11 als Kunststoffspritzgussteil aus einem Thermoplast hergestellt. Der Pressverband ist so ausgelegt, dass es zu einer Überpressung kommt, durch welche das weichere Kunststoffmaterial des Stößelgrundkörpers 22 zu fließen beginnt und die plastischen Verformungen ausbildet.
Wie aus 1, 2 und 5 weiter ersichtlich ist, weist der Grundkörper 11 des Ventilankers 10 am anderen Ende eine Federaufnahme 12 auf, an deren Boden sich die Rückstellfeder 7 abstützt.
Wie aus 1, 2 und 5 weiter ersichtlich ist, ist die Vertiefung 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel als Sackloch ausgeführt. Hierbei ist die Ringnut 16 am Ende einer Kontaktzone 23 zwischen einer Wandung der Vertiefung 14 und dem Stößelgrundkörper 22 angeordnet. Zudem bildet die Ringnut 16 in Richtung Öffnung 14.1 eine Kante 17 zur Vertiefung 14 aus. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Kante 17 zwischen der Ringnut 16 und der Vertiefung 14 einen rechten Winkel auf.
Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, weist das Schließelement 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel einen zylindrischen Grundkörper 22 mit einer Ringwulst 26 auf, dessen Abmessungen an die Abmessungen der Vertiefung 14 angepasst sind. Zudem ist ein kugelkalottenförmiges Schließelement 24 an eine Stirnfläche der Ringwulst 26 angeformt. Zudem weist die Vertiefung 14 eine Einführschräge 14.2 auf, an welche eine dem Schließelement 24 abgewandte Stirnfläche der Ringwulst 26 angepasst ist. Selbstverständlich können auch andere geeignete geometrische Formen für die Vertiefung 14 und das Schließelement 24 verwendet werden. So kann das Schließelement 24 beispielsweise auch als Kegel oder Kegelstumpf ausgeführt werden.
Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, kann die dargestellte Ventilpatrone 1 mit dem Ausführungsbeispiel des Ventilankers 10 über eine Ventilbuchse 5 in einer entsprechenden Aufnahmebohrung eines nicht näher dargestellten Fluidblocks verstemmt werden. Zudem ist im Bereich der mindestens einen zweiten Strömungsöffnung 6.3 in der Ventilhülse 6 ein Radialfilter 8 angeordnet, um Schmutzpartikel aus der Fluidströmung zu filtern.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft eine Ventilpatrone 1 für ein stromlos geschlossenes Magnetventil. Der erfindungsgemäße Ventilanker 10 kann aber auch in einer nicht näher dargestellten Ventilpatrone eines stromlos offenen Magnetventils eingesetzt werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Ventilanker und eine Ventilpatrone für ein Magnetventil zur Verfügung, welche durch einen zusätzlichen Formschluss zwischen Stößelgrundkörper und Grundkörper des Ventilankers unabhängig von Temperaturschwankungen und unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sicherstellen, dass der Stößelgrundkörper immer fest im Grundkörper des Ventilankers eingepresst ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014217447 A1 [0004]

Claims

Ventilanker (10) für ein Magnetventil, mit einem Grundkörper (11) aus einem magnetisch leitfähigem Metall, an dessen einem Ende eine Vertiefung (14) angeordnet ist, welche einen Stößel (20) mit einem Schließelement (24) aufnimmt, wobei ein Stößelgrundkörper (22) aus Kunststoff besteht und mit dem Grundkörper (11) einen Pressverband ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (11) eine mit der Vertiefung (14) verbundene Ringnut (16) aufweist, welche plastische Verformungen des Stößelgrundkörpers (22) aufnimmt, welche einen Formschluss mit der Ringnut (16) ausbilden und den Stößelgrundkörper (22) zusätzlich in der Vertiefung (14) fixieren.
Ventilanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Thermoplast ist.
Ventilanker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (14) als Sackloch ausgebildet ist.
Ventilanker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (16) am Ende einer Kontaktzone (23) zwischen einer Wandung der Vertiefung (14) und dem Stößelgrundkörper (22) angeordnet ist.
Ventilanker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (16) in Richtung Öffnung (14.1) eine Kante (17) zur Vertiefung (14) ausbildet.
Ventilanker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kante (17) zwischen der Ringnut (16) und der Vertiefung (14) einen rechten Winkel aufweist.
Ventilanker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (14) eine Einführschräge (14.2) aufweist.
Ventilanker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößelgrundkörper (22) eine Ringwulst (26) aufweist, an deren Stirnfläche das Schließelement (24) angeformt ist, wobei eine dem Schließelement (24) abgewandte Stirnfläche der Ringwulst (26) an die Einführschräge (14.2) angepasst ist.
Ventilanker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des Stößelgrundkörpers (22) an die Abmessungen der Vertiefung (14) angepasst sind.
Ventilpatrone (1) für ein Magnetventil mit einer Führungshülse (4), einem innerhalb der Führungshülse (4) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (7) zwischen einer Geschlossenposition und einer Offenposition axial beweglich geführten Ventilanker (10), welcher einen Stößel (20) mit einem Schließelement (24) aufweist, und einer mit der Führungshülse (4) verbundenen Ventilhülse (6) mit einem Ventilsitz (6.1), welcher zwischen mindestens einer ersten Strömungsöffnung (6.2) und mindestens einer zweiten Strömungsöffnung (6.3) angeordnet ist, wobei das Schließelement (24) in der Geschlossenstellung dichtend mit dem Ventilsitz (6.1) zusammenwirkt und eine Fluidströmung zwischen der mindestens einen ersten Strömungsöffnung (6.2) und der mindestens einen zweiten Strömungsöffnung (6.3) unterbricht, und wobei das Schließelement (24) in der Offenstellung vom Ventilsitz (6.1) abgehoben ist und die Fluidströmung zwischen der mindestens einen ersten Strömungsöffnung (6.2) und der mindestens einen zweiten Strömungsöffnung (6.3) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilanker (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.