DE102016222673B4

DE102016222673B4 - Elektromagnetventil für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen

Info

Publication number: DE102016222673B4
Application number: DE102016222673.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Courth
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2036-11-18
Also published as: DE102016222673A1

Abstract

Elektromagnetventil für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem in einem Ventilgehäuse (1) angeordneten Ventilstößel (3), der einen Ventildurchlass in einem Ventilsitz (2) des Ventilgehäuses (1) zu öffnen oder zu verschließen vermag, mit einem zur Betätigung des Ventilstößels (3) vorgesehenen Magnetanker (5), sowie mit einer Rückstellfeder (6) zur Positionierung des Ventilstößels (3) in einer den Ventildurchlass verschließenden Grundstellung, wozu sich die Rückstellfeder (6) an einem Magnetkern (8) im Ventilgehäuse (1) abstützt, wodurch das Elektromagnetventil in der elektromagnetisch nicht erregten Stellung geschlossen ist, wobei diametral zu einem zwischen dem Magnetanker (5) und dem Magnetkern (8) angeordneten Zwischenraum (13) ein weiterer, zwischen dem Magnetanker (5) und dem Ventilgehäuse (1) gelegener Zwischenraum (10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Größe der elektromagnetischen Erregung des Magnetankers (5) im Bereich des weiteren Zwischenraums (10) eine den Ventilsitz (2) verschließende Magnetkraftkomponente erzeugbar ist, die in Richtung des Ventilsitzes (2) auf den mit dem Ventilstößel (3) verbundenen Magnetanker (5) wirksam ist, wobei der Magnetanker (5) mehrteilig aufgebaut ist, bestehend aus einer Hülse (4), deren ringscheibenförmiger, als Magnetpol wirksamer Endabschnitt (14) im Bereich des weiteren Zwischenraums (10) dem den Ventilsitz (2) aufnehmenden Ventilgehäuse (1) zugewandt ist, sowie mit einem im Abstand zum Endabschnitt (14) der Hülse (4) angeordneten Kolben (15), in dessen Durchgangsbohrung die Hülse (4) fixiert ist, wobei die Hülse (4) aus einem Material mit geringer Koerzitivfeldstärke und hoher Permeabilität hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil 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, mit einem in einem Ventilgehäuse beweglich angeordneten Ventilstößel, der einen Ventildurchlass in einem Ventilsitz des Ventilgehäuses zu öffnen oder zu verschließen vermag, mit einem zur Betätigung des Ventilstößels vorgesehenen Magnetanker, sowie mit einer Rückstellfeder zur Positionierung des Ventilstößels in einer den Ventildurchlass verschließenden Grundstellung, wozu sich die Rückstellfeder an einem Magnetkern im Ventilgehäuse abstützt. Das Elektromagnetventil weist zur Erreichung eines proportionalen Magnetkraft-Hub-Verlaufs eine den Ventilstößel tragende Hülse auf, mit der sich der Restluftspalt präzise einstellen lässt. Eingangsseitig steht der Hydraulikdruck am Ventilsitz an, sodass der höchste zu regelnde Druck als schließende Mindest-Federkraft durch die steife Druckfeder gewährleistet werden muss, wobei die Magnetkraft stets öffnend gegen diese Federkraft wirkt. Nachteilig an einer solchen Auslegung ist der hohe elektrische Strom, der einerseits zum Regeln geringer Drücke und andererseits zum Offenhalten des Ventils benötigt wird.
Aus der DE 10 2012 218 325 A1 ist ein Elektromagnetventil zur Einspritzung eines Kraftstoffs von Verbrennungskraftmaschinen bekannt, welches in der normal offenen Bauweise ausgeführt ist, wobei ein Magnetanker durch elektromagnetische Erregung in eine das Ventil geschlossene Position bewegbar ist, wobei in Abhängigkeit von der Größe der elektromagnetischen Erregung des Magnetankers eine Magnetkraftkomponente erzeugbar ist, welche in Kraftwirkung einer Öffnungsfeder wirkt und zur Unterstützung deren Federkraft wirksam ist, und den Magnetanker in Öffnungsrichtung zu bewegen.
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 den vorgenannten Nachteil nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Elektromagnetventil gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der 1 und 2 hervor.
Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel anhand eines Längsschnitts durch ein Elektromagnetventil, dessen Magnetanker einteilig ausgeführt ist,
2 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel anhand eines Längsschnitts durch ein Elektromagnetventil, dessen Magnetanker mehrteilig ausgeführt ist.

Nachfolgend sollen zunächst die Gemeinsamkeiten aller in den 1 bis 2 abgebildeten Elektromagnetventile erläutert werden, die bevorzugt für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen verwendet werden. Die gezeigten Elektromagnetventile bestehen aus an sich bekannten Funktionselementen. Dazu gehört jeweils ein in einem Ventilsitz 2 des Ventilgehäuses 1 einlassseitig angeordneter Ventildurchlass, der mittels eines an einem Magnetanker 5 angeordneten Ventilstößels 3 unter der Wirkung einer Rückstellfeder 6 verschlossen oder durch Aktivierung einer Ventilspule 9 geöffnet werden kann. Hierzu ist der Magnetanker 5 abschnittsweise entlang seiner Mantelfläche über einen definierten Arbeitshub axial beweglich im Ventilgehäuse 1 geführt, wobei sich die Rückstellfeder 6 mit ihrem vom Magnetanker 5 abgewandten Federende an einem das Ventilgehäuse 1 verschließenden Magnetkern 8 abstützt. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist der Magnetkern 8 jeweils als Verschlussstopfen in einem austenitischen Verbindungsrohr 7 eingepresst, die als Bestandteil des Ventilgehäuses 1 mit einem dickwandigen, steifen Rohrkörper des Ventilgehäuses 1 verschweißt ist, der die sichere Befestigung in einer Ventilaufnahmebohrung eines Ventilaufnahmekörpers gewährleistet.
Diametral zu einem zwischen dem Magnetanker 5 und dem Magnetkern 8 angeordneten ersten Zwischenraum 13 ist ein weiterer, zwischen dem Magnetanker 5 und dem steifen Rohrkörper des Ventilgehäuses 1 angeordneter Zwischenraum 10 vorgesehen, in dessen Bereich eine Magnetkraft erzeugbar ist, die abhängig von der Größe der elektromagnetischen Erregung des Magnetankers 5 als eine den Ventildurchlass verschließende Kraftkomponente in Richtung des Ventilsitzes 2 wirksam ist.
Der weitere Zwischenraum 10 ist wenigstens durch eine axiale Ringfläche 11 des Magnetankers 5 und wenigstens durch eine axiale Ringfläche 12 des Ventilgehäuses 1 begrenzt, zwischen der ein magnetisch wirksamer Bereich ausgebildet ist, der kleiner bemessen ist als der durch die Stirnfläche des Magnetankers 5 und des Magnetkerns 8 begrenzte Bereich des ersten Zwischenraums 13.
Einerseits ist mittels einer großen magnetischen Erregung im magnetisch wirksame Flächenbereich des ersten Zwischenraums 13 eine den Ventildurchlass öffnende Magnetkraft im Magnetanker 5 erzeugbar, andererseits ist ebenso mittels einer kleinen magnetischen Erregung im magnetisch wirksamen Flächenbereich des weiteren Zwischenraums 10 eine den Ventildurchlass schließende Magnetkraft im Magnetanker 5 möglich.
Demnach bildet der Magnetanker 5 mit dem Ventilgehäuse 1 im Bereich des Zwischenraums 10 eine erste magnetisch wirksame Fläche, die eine schließende Magnetkraft bewirkt, während ebenso im Bereich des Zwischenraums 13 der Magnetanker 5 mit dem Magnetkern 8 eine zweite magnetisch wirksame Fläche bildet, welche eine öffnende Magnetkraft erzeugt. Beide Flächen sind durch die Gestaltung der Bauteil-Geometrie, der Luftspalte und der magnetischen Werkstoffkenngrößen so aufeinander abgestimmt, dass für kleine magnetische Erregungen eine schließend wirkende Summenkraft bewirkt wird. Dadurch kann die Wirkung der Rückstellfeder 6 verstärkt und höhere Differenzdrücke eingestellt werden.
Wird das Elektromagnetventil mit hoher magnetischer Feldstärke erregt, überwiegt durch den großflächigen Magnetkern 8 und dem magnetischen Sättigungseffekt im Bereich des Zwischenraums 13 der öffnend wirkende Anteil der Magnetkraft. Der Magnetanker 5 bewegt sich sodann zum Magnetkern 8 und schlägt dort an. Durch die Überbrückung des Zwischenraums 13 und den zunehmenden Luftspalt im sich vergrößernden Zwischenraum 10 dominiert die das Ventil öffnende Magnetkraft, sodass die offene Ventilstellung durch geringe Halteströme beibehalten werden kann.
Das Elektromagnetventil nach 2 unterscheidet sich von 1 dadurch, dass der Magnetanker 5 mehrteilig aufgebaut ist, bestehend aus einer Hülse 4, deren ringscheibenförmiger, als Magnetpol wirksamer Endabschnitt 14 im Bereich des weiteren Zwischenraums 10 dem robusten, rohrförmigen Ventilgehäuse 1 zugewandt ist, sowie mit einem den Magnetfluss leitenden Kolben 15, in dessen Durchgangsbohrung die Hülse 4 fixiert ist, die aus einem Material mit geringer Koerzitivfeldstärke und hoher Permeabilität hergestellt.
Sowohl der Restluftspalt RLS als auch der Hub des Magnetankers 5 können zum Ausgleich von Bauteiltoleranzen während der Montage durch das Verschieben des Ventilsitzes 2 und/oder des Magnetkerns 8 präzise eingestellt werden. Vorteilhaft ist der Restluftspalt RLS kleiner als Hub des Magnetankers 5 ausgelegt, um eine hinreichend große magnetische Kraftwirkung im Zwischenraum 10 mit niedrigen elektrischen Erregerströmen zu erzielen. Weiterhin ist die Hülse 4 dünnwandig ausgeführt, sodass eine magnetische Übererregung keine entsprechende Steigerung der Magnetkraft im Zwischenraum 10 erfährt.
Auf einfache Weise ist die Hülse 4 mittels einer Schiebepresspassung in der mittig angeordneten Durchgangsbohrung des Kolbens 15 befestigt und an ihrem vom Kolben 15 abgewandten Endabschnitt mit einem Ventilstößel 3 verbunden, der mittels einer Presspassung abschnittsweise in der Hülse 4 aufgenommen ist.
Innerhalb des Kolbens 15 ist eine Rückstellfeder 6 in der Hülse 4 abschnittsweise aufgenommen, wobei sich die Rückstellfeder 6 mit ihrem vom Magnetkern 8 abgewandten Ende an einem Stufenabschnitt 16 der Hülse 4 abstützt. Der Kolben 15 besteht bevorzugt aus einem Material mit hoher Koerzitivfeldstärke und hoher Sättigungspolarisation.
Die beiden vorgestellten Elektromagnetventile zeichnen sich somit durch beiderseits des Magnetankers 5 wirksame magnetische Flächen aus, die so aufeinander abgestimmt sind, dass mit steigendem Erregerstrom in der Ventilspule 9 eine Richtungsumkehr der resultierenden Magnetkraft erfolgt.
Daraus resultieren die nachfolgenden Vorteile

- Geringe Federkräfte führen zu geringerem Öffnungsstrom im Komfort-Regelbereich Übergang vom Regeln in Halten durch kurze Übererregung (sog. Push-Strom), was sich nicht auf Spulenerwärmung und -dimensionierung auswirkt
- Haltestrom ist gering, dieser bestimmt maßgeblich die Auslegung der Ventilspule
- Geringe Federkraft bedeutet weniger Querkräfte beim Öffnen und damit weniger Verschleiß an Ventilsitz und -stößel
- Der schließend wirkende Magnetantrieb kann in der Ventilfertigung durch Verschieben des Ventilsitzes im Ventilgehäuse eingestellt werden, dies unabhängig vom öffnenden Magnetantrieb.

Beide abgebildeten Elektromagnetventile sind in der elektromagnetisch nicht erregten Stellung geschlossen, wozu jeweils die oberhalb des Magnetankers 5 angeordnete Rückstellfeder 6 den Ventilstößel 3 am Ventilsitz 2 positioniert, sodass die Druckmittelverbindung zwischen einem axial vor dem Ventilsitz 2 in das Ventilgehäuse 1 einmündenden Einlass A und einem auf Höhe des Ventilstößels 3 radial das Ventilgehäuse 1 durchdringenden Auslass B unterbrochen ist. Mittels einer geeigneten elektronischen Analogregelung lässt sich jeweils die auf das Ventilgehäuse 1 aufgesteckte Ventilspule 9 stromproportional ansteuern, womit die Voraussetzung für eine stufenlose Regelung des Ventildurchsatzes gegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Ventilgehäuse
2: Ventilsitz
3: Ventilstößel
4: Hülse
5: Magnetanker
6: Rückstellfeder
7: Verbindungsrohr
8: Magnetkern
9: Ventilspule
10: Zwischenraum
11: Ringfläche
12: Ringfläche
13: Zwischenraum
14: Endabschnitt
15: Kolben
16: Stufenabschnitt

Claims

Elektromagnetventil für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem in einem Ventilgehäuse (1) angeordneten Ventilstößel (3), der einen Ventildurchlass in einem Ventilsitz (2) des Ventilgehäuses (1) zu öffnen oder zu verschließen vermag, mit einem zur Betätigung des Ventilstößels (3) vorgesehenen Magnetanker (5), sowie mit einer Rückstellfeder (6) zur Positionierung des Ventilstößels (3) in einer den Ventildurchlass verschließenden Grundstellung, wozu sich die Rückstellfeder (6) an einem Magnetkern (8) im Ventilgehäuse (1) abstützt, wodurch das Elektromagnetventil in der elektromagnetisch nicht erregten Stellung geschlossen ist, wobei diametral zu einem zwischen dem Magnetanker (5) und dem Magnetkern (8) angeordneten Zwischenraum (13) ein weiterer, zwischen dem Magnetanker (5) und dem Ventilgehäuse (1) gelegener Zwischenraum (10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Größe der elektromagnetischen Erregung des Magnetankers (5) im Bereich des weiteren Zwischenraums (10) eine den Ventilsitz (2) verschließende Magnetkraftkomponente erzeugbar ist, die in Richtung des Ventilsitzes (2) auf den mit dem Ventilstößel (3) verbundenen Magnetanker (5) wirksam ist, wobei der Magnetanker (5) mehrteilig aufgebaut ist, bestehend aus einer Hülse (4), deren ringscheibenförmiger, als Magnetpol wirksamer Endabschnitt (14) im Bereich des weiteren Zwischenraums (10) dem den Ventilsitz (2) aufnehmenden Ventilgehäuse (1) zugewandt ist, sowie mit einem im Abstand zum Endabschnitt (14) der Hülse (4) angeordneten Kolben (15), in dessen Durchgangsbohrung die Hülse (4) fixiert ist, wobei die Hülse (4) aus einem Material mit geringer Koerzitivfeldstärke und hoher Permeabilität hergestellt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich von Bauteiltoleranzen die Hülse (4) mittels einer Schiebepresspassung in der mittig angeordneten Durchgangsbohrung des Kolbens (15) befestigt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (4) an ihrem vom Kolben (15) abgewandten Endabschnitt mit einem Ventilstößel (3) verbunden ist, der mittels einer Presspassung abschnittsweise in der Hülse (4) aufgenommen ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Kolbens (15) eine Rückstellfeder (6) in der Hülse (4) abschnittsweise aufgenommen ist, wobei sich die Rückstellfeder (6) mit ihrem vom Magnetkern (8) abgewandten Ende an einem Stufenabschnitt (16) der Hülse (4) abstützt.