DE102017221489A1

DE102017221489A1 - Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen

Info

Publication number: DE102017221489A1
Application number: DE102017221489.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Courth; Christoph Voss
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil mit einem in einem Ventilgehäuse (3) angeordneten Ventilstößel (4), der einen Ventildurchlass in einem Ventilsitz (5) zu öffnen oder zu verschließen vermag, mit einem zur Betätigung des Ventilstößels (4) vorgesehenen Magnetanker, sowie mit einer Rückstellfeder zur Positionierung des Ventilstößels (4) in einer den Ventildurchlass öffnenden Grundstellung, wobei der Magnetanker mehrteilig aufgebaut ist, bestehend aus einem ersten und einem zweiten Anker (1, 2), die koaxial sowie relativ beweglich zueinander im Ventilgehäuse (3) angeordnet sind, wobei abhängig von der Größe der elektromagnetischen Erregung des Magnetankers entweder auf den ersten Anker (1) eine den Ventilstößel (4) vom Ventilsitz (5) abhebende Magnetkraftkomponente wirksam ist, oder in entgegengesetzter Richtung auf den zweiten Anker (2) eine den Ventilstößel (4) auf den Ventilsitz (5) einwirkende Magnetkraftkomponente erzeugbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2014 225 251 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 öffnenden Grundstellung, wozu sich die Rückstellfeder an einem Anschlag im Ventilgehäuse abstützt.
Nunmehr ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen, funktionsgerechten Mitteln kostengünstig weiterzubilden und derart zu verbessern, dass mit minimaler elektromagnetischer Erregung sowohl eine feinfühlige Druckregelung im Sinne einer Minimierung des Ventildurchsatzes möglich ist als auch bei Bedarf durch Erhöhung des Erregerstroms ein über die offene Grundstellung hinausgehendes Ventilöffnen zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Elektromagnetventil der angegebenen Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach nunmehr eine neue konstruktive als auch funktionelle Auslegung des Magnetankers vorgestellt wird, die eine das Ventil schließende magnetische Kraftkomponente beinhaltet, aber gleichzeitig ein vollständiges Öffnen des Ventils mit geringem Haltestrom ermöglicht, weshalb nunmehr zwei beweglich zueinander ausgerichtete Anker vorgesehen sind, die durch ein elastisches Element so verbunden sind, dass die Magnetkraft des den Ventildurchlass verschließenden Ankers nur kraftbegrenzt der Magnetkraft des den Ventildurchlass vollständig öffnenden weiteren Ankers entgegenwirkt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand mehrerer Zeichnungen hervor.
Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform zum erfindungsgemäßen Elektromagnetventil,
2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform zum erfindungsgemäßen Elektromagnetventil in der elektromagnetisch nicht erregten Grundstellung, in welcher der Ventilsitz um einen definierten ersten Hub vom Ventilstößel freigegeben ist
3 das Elektromagnetventil nach 2 in einer elektromagnetisch mit einem geringen Strom erregten Zwischenstellung des Ventilstößels, in welcher der Ventilsitz ohne Ausübung einer Schließkraft vom Ventilstößel kontaktiert ist,
4 das Elektromagnetventil nach 3 in einer durch den geringen Strom initiierten Endstellung des Ventilstößels, in welcher durch das Spannen eines elastischen Elements eine Schließkraft vom Ventilstößel auf den Ventilsitz ausgeübt wird,
5 das Elektromagnetventil nach 2 in einer elektromagnetisch mit einem hohen Strom erregten Zwischenstellung des Ventilstößels, in welcher der dem Magnetkern zugewandte Anker einen am Ventilstößel angeordneten Mitnehmer kontaktiert,
6 das Elektromagnetventil nach 5 in einer unter der Wirkung des hohen Stroms erreichten Endstellung des Ventilstößels, in welcher der Anker am Magnetkern in einer Endstellung verharrt, in welcher der Ventilsitz vom Ventilstößel um einen Hub freigegeben ist, der größer ist als der in 2 abgebildete Öffnungshub.

Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung anhand eines Längsschnitts durch ein Elektromagnetventil, das über zwei unabhängig voneinander betätigbare Anker 1, 2 verfügt. Das Elektromagnetventil weist einen in einem Ventilsitz 5 des Ventilgehäuses 3 einlassseitig angeordneten Ventildurchlass auf, der mittels eines am zweiten Anker 2 angeordneten Ventilstößels 4 um einen definierte Hub geöffnet ist, solange eine auf dem Ventilgehäuse 3 aufgesetzte Ventilspule 17 unwirksam ist. Mittels der Ventilspule 17 kann in Abhängigkeit der Größe des elektrischen Stroms ein quer zum Ventilsitz 5 im Ventilgehäuse 3 angeordneter Ventilauslass 16 mit dem variabel einstellbaren Ventildurchlass im Ventilsitz 5 hydraulisch verbunden werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein am Ende in das Ventilgehäuse 3 eingesetzter Magnetkern 12 als Verschlussstopfen in einem austenitischen Verbindungsrohr eingepresst, das als Bestandteil des Ventilgehäuses 3 mit einem dickwandigen, den Magnetfluss leitenden Rohrkörper des Ventilgehäuses 3 verschweißt ist, der die sichere Befestigung in einer Ventilaufnahmebohrung eines Ventilaufnahmekörpers gewährleistet.
Erfindungsgemäß ist der Magnetanker mehrteilig aufgebaut, bestehend aus einem ersten und einem zweiten Anker 1, 2, die beide mittels eines elastischen Elements 7 entkoppelt voneinander koaxial sowie relativ beweglich zueinander im Ventilgehäuse 3 angeordnet sind, wobei abhängig von der Größe der elektromagnetischen Erregung des Magnetankers entweder auf den ersten Anker 1 eine den Ventilstößel 4 vom Ventilsitz 5 abhebende Magnetkraftkomponente wirksam ist, oder in entgegengesetzter Richtung auf den zweiten Anker 2 eine den Ventilstößel 4 auf den Ventilsitz 5 bewegende Magnetkraftkomponente erzeugbar ist.
Der Ventilstößel 4 ist über das elastische Element 7 mit dem zweiten Anker 2 in Hubrichtung nachgiebig verbunden, das im Beispiel nach 1 durch eine Zugfeder gebildet ist, die an ihrem Innendurchmesser mit dem Ventilstößel 4 und an ihrem Außendurchmesser mit einer Hülse 9 verbunden ist, die vorzugsweise reibschlüssig im zweiten Anker 2 fixiert ist.
Der zweite Anker 2 ist in Richtung des Ventilsitzes 5 einer als Magnetpolfläche wirksamen Innenstirnfläche 8 des Ventilgehäuses 3 zugewandt. Gemäß der Ausführung des Elektromagnetventils nach 1 befindet sich in einer Stufenbohrung der Magnetpolfläche die auf die Hülse 9 gerichtete Rückstellfeder 10, durch die in koaxialer Ausrichtung zum elastischen Element 7 im abgebildeten, elektromagnetisch nicht erregten Zustand des zweiten Ankers 2 der Ventilstößel 4 um ein definiertes Maß vom Ventilsitz 5 abgehoben ist.
Ausgehend von 1 ist im elektromagnetisch erregten Zustand mit Hilfe eines geringen elektrischen Stroms das innerhalb der Hülse 9 angeordnete elastische Element 7, infolge einer auf die Innenstirnfläche 8 des Ventilgehäuses 3 gerichtete Hubbewegung des zweiten Ankers 2, elastisch auf Zugbeanspruchung vorgespannt, sodass bei gleichzeitiger Kompression der Rückstellfeder 10 der Ventilstößel 4 den Ventilsitz 5 kontaktiert.
In Abhängigkeit vom Hub des zweiten Ankers 2 und einer während des Ankerhubs erzeugten Zugkraft im elastischen Element 7 ist der Ventilsitz 5 vom Ventilstößel 4 folglich mit einer definierten Schließkraft beaufschlagt.
Gemäß der 1 ist innerhalb der Hülse 9 der mit dem Ventilstößel 4 unmittelbar verbundene erste Anker 1 abschnittsweise geführt, der mit seiner von der Hülse 9 abgewandten Stirnseite dem in das Ende des Ventilgehäuses 3 eingesetzten Magnetkern 12 zugewandt ist, an dem eine auf den ersten Anker 1 gerichtete Druckfeder 11 angeordnet ist, die mittels eines in den Magnetkern 12 eingepressten Bolzens 13 auf eine Federkraft eingestellt ist, die derart bemessen ist, dass unter einer geringen, in der Ventilöffnungsrichtung wirksamen elektromagnetischen Erregung der erste Anker 1 entgegen einer in Ventilschließrichtung auf den zweiten Anker 2 einwirkenden Magnetkraft unverändert in einer Position verharrt, in welcher der erste Anker 1 einen definierten Axialabstand zum Magnetkern 12 aufweist.
Wird der Magnetkern 12 infolge einer elektromagnetischen Erregung des ersten Ankers 1 mit einem nunmehr erhöhten elektrischen Strom, der die Federkraft der Druckfeder 11 überschreitet, unter Zugbeanspruchung des elastischen Elements 7 vom ersten Anker 1 kontaktiert, so wird der Ventilstößel 4 um den Hub des ersten Ankers 1 vom Ventilsitz 5 abgehoben, während der zweite Anker 2 infolge der elektromagnetischen Erregung an der als Magnetpolfläche wirksamen Innenstirnfläche 8 des Ventilgehäuses 3 verharrt.
Die 2 bis 6 zeigen jeweils eine konstruktive Abwandlung des in 1 abgebildeten Elektromagnetventils, wonach das elastische Element 7 anstelle der aus 1 bekannten Zugfeder nunmehr in den 2 bis 6 als Druckfeder ausgeführt ist, die zwischen dem zweiten Anker 2 und einem Anschlag 14 des Ventilstößels 4 angeordnet ist. Die grundlegenden Anordnung der beiden Anker 1, 2 im Ventilgehäuse 3 unterscheidet sich hierbei nicht von der Darstellung in 1. Ebenso entspricht die Darstellung des Ventilgehäuses 3 in den 2 bis 6 unverändert dem aus 1 bekannten Ausführungsbeispiel, sodass im Nachfolgenden bezüglich der 2 bis 6 ergänzend zu den bekannten Merkmalen nur die wesentlichen Unterschiede explizit herausgestellt werden.
Die 2 zeigt das Elektromagnetventil analog zu 1 in elektromagnetisch nicht erregten Ventilgrundstellung, wonach identisch zu 1 der zweite Anker 2 von einer als Magnetpolfläche wirksamen Innenstirnfläche 8 des Ventilgehäuses 3 axial beabstandet ist, wobei der zweite Anker 2 unter der Wirkung einer in der Stufenbohrung des Ventilgehäuses 3 eingesetzten Rückstellfeder 10 auf seiner vom elastischen Element 7 abgewandten Ankerstirnseite einen zweiten Anschlag 15 kontaktiert, der somit zwischen dem ersten Anker 1 und dem zweiten Anker 2 am Ventilstößel 4 vorgesehen ist, der infolge der Wirkung der Rückstellfeder 10 vom Ventilsitz 5 um eine definierte Grundeinstellung des Ventilhubs abgehoben ist.
Die 3 zeigt im Anschluss an 2 das Elektromagnetventil zunächst unter dem Einfluss einer elektromagnetischen Erregung des zweiten Ankers 2 mit einem geringen Strom, wodurch der Ventilsitz 5 zunächst kraftfrei in eine Zwischenhubstellung und anschließend gemäß der Darstellung in 4 durch das Spannen des elastischen Elements 7 mit einer definierten Schließkraft vom Ventilstößel 4 beaufschlagt wird, sodass die Rückstellfeder 10 und das elastische Element 7 bis zum Anliegen des zweiten Ankers 2 an der als Magnetpol ausgebildeten Innenstirnfläche 8 unter Kompression versetzt werden.
Die 5 zeigt im Anschluss an 4 das Elektromagnetventil unter dem Einfluss einer elektromagnetischen Erregung des zweiten Ankers 2 mit einem erhöhten elektrischen Strom, wodurch entgegengesetzt zur Hubrichtung des zweiten Ankers 2 der erste Anker 1 vor der Kontaktierung des Magnetkerns 12 eine Zwischenstellung im Ventilgehäuse 3 erreicht, in welcher der erste Anker 1 mit seiner dem Magnetkern 12 zugewandten Stirnfläche einen Mitnehmer 6 kontaktiert, der an dem vom Ventilsitz 5 abgewandten Ende des Ventilstößels 4 vorgesehen ist. In der Zwischenstellung des ersten Ankers 1 bleibt der Ventilsitz 5 vom Ventilstößel 4 zunächst infolge der Magnetkraftwirkung auf den zweiten Anker 2 unverändert verschlossen.
Erst mit dem Erreichen der in 6 abgebildeten Endstellung des ersten Ankers 1, in welcher der erste Anker 1 infolge des hohen elektrische Erregerstroms am Magnetkern 12 anliegt, ist der Ventilstößel 4 vom Ventilsitz 5 um ein Maß abgehoben, das größer ist als das in der 2 dargestellte ursprüngliche Öffnungsmaß zwischen dem Ventilsitz 5 und dem Ventilstößel 4 in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung.
Somit lassen sich anhand der in den 1 bis 6 aufgezeigten Elektromagnetventile verschiedene Ventilhübe für elektrisch stromlose und hoch bestromte Betriebszustände realisieren, ohne dass eine höhere elektromagnetische Erregung zu einer Krafterhöhung in beiden Hubrichtungen der durch die elastischen Elemente 7 vorteilhaft entkoppelten Anker 1, 2 führt.
Bezugszeichenliste

1: Anker
2: Anker
3: Ventilgehäuse
4: Ventilstößel
5: Ventilsitz
6: Mitnehmer
7: Element
8: Innenstirnfläche
9: Hülse
10: Rückstellfeder
11: Druckfeder
12: Magnetkern
13: Bolzen
14: Anschlag
15: Anschlag
16: Ventilauslass
17: Ventilspule

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014225251 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem in einem Ventilgehäuse 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 öffnenden Grundstellung, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker mehrteilig aufgebaut ist, bestehend aus einem ersten und einem zweiten Anker (1, 2), die beide mittels eines elastischen Elements (7) entkoppelt voneinander koaxial sowie relativ beweglich zueinander im Ventilgehäuse (3) angeordnet sind, wobei abhängig von der Größe der elektromagnetischen Erregung des Magnetankers entweder auf den ersten Anker (1) eine den Ventilstößel (4) vom Ventilsitz (5) abhebende Magnetkraftkomponente wirksam ist, oder in entgegengesetzter Richtung auf den zweiten Anker (2) eine den Ventilstößel (4) auf den Ventilsitz (5) bewegende Magnetkraftkomponente erzeugbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (4) über das elastische Element (7) mit dem zweiten Anker (2) in Hubrichtung nachgiebig verbunden ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (7) durch eine Zugfeder gebildet ist, die an ihrem Innendurchmesser mit dem Ventilstößel (4) und an ihrem Außendurchmesser mit einer Hülse (9) verbunden ist, die vorzugsweise reibschlüssig im zweiten Anker (2) fixiert ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anker (2) in Richtung des Ventilsitzes (5) einer als Magnetpolfläche wirksamen Innenstirnfläche (8) des Ventilgehäuses (3) zugewandt ist, in dessen Stufenbohrung sich die auf die Hülse (9) gerichtete Rückstellfeder (10) abstützt, durch die in koaxialer Ausrichtung zum elastischen Element (7) der Ventilstößel (4) vom Ventilsitz (5) im elektromagnetisch nicht erregten Zustand des zweiten Ankers (2) um eine definierten Hub abgehoben ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im elektromagnetisch erregten Zustand mit Hilfe eines geringen elektrischen Stroms das innerhalb der Hülse (9) angeordnete elastische Element (7), infolge einer Hubbewegung des zweiten Ankers (2), die auf eine als Magnetpolfläche wirksamen Innenstirnfläche (8) des Ventilgehäuses (3) gerichtet ist, elastisch auf Zugbeanspruchung vorgespannt ist, sodass bei gleichzeitiger Kompression der Rückstellfeder (10) der Ventilsitz (5) vom Ventilstößel (4) kontaktiert ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Hub des zweiten Ankers (2) und einer während des Ankerhubs erzeugten Zugkraft im elastischen Element (7) der Ventilsitz (5) vom Ventilstößel (4) mit einer definierten Schließkraft beaufschlagt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Hülse (9) der mit dem Ventilstößel (4) unmittelbar verbundene erste Anker (1) abschnittsweise geführt ist, der mit seiner von der Hülse (9) abgewandten Stirnseite einem in das Ventilgehäuse (3) eingesetzten Magnetkern (12) zugewandt ist, an dem eine auf den ersten Anker (1) gerichtete Druckfeder (11) angeordnet ist, die mittels eines in den Magnetkern (12) eingepressten Bolzens (13) auf eine Federkraft eingestellt ist, die derart bemessen ist, dass unter einer geringen, in der Ventilöffnungsrichtung wirksamen elektromagnetischen Erregung der erste Anker (1), entgegen einer in Ventilschließrichtung auf den zweiten Anker (2) einwirkenden Magnetkraft, unverändert in einer Position verharrt, in welcher der erste Anker (1) einen definierten Axialabstand zum Magnetkern (12) aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (12) infolge einer elektromagnetischen Erregung des ersten Ankers (1) mit einem hohen elektrischen Strom, der die Federkraft der Druckfeder (11) überschreitet, unter Zugbeanspruchung des elastischen Elements (7) vom ersten Anker (1) kontaktiert ist, wodurch der Ventilstößel (4) um den Hub des ersten Ankers (1) vom Ventilsitz (5) abgehoben ist, während der zweite Anker (2) infolge der elektromagnetischen Erregung an der als Magnetpolfläche wirksamen Innenstirnfläche (8) des Ventilgehäuses (3) verharrt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (7) durch eine Druckfeder gebildet ist, die zwischen dem zweiten Anker (2) und einem Anschlag (14) des Ventilstößels (4) angeordnet ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilgrundstellung der zweite Anker (2) von einer als Magnetpolfläche wirksamen Innenstirnfläche (8) des Ventilgehäuses (3) axial beabstandet ist und unter der Wirkung einer Rückstellfeder (10) auf seiner vom elastischen Element (7) abgewandten Ankerstirnseite einen zweiten Anschlag (15) kontaktiert, der zwischen dem ersten Anker (1) und dem zweiten Anker (2) am Ventilstößel (4) vorgesehen ist, der infolge der Wirkung der Rückstellfeder (10) vom Ventilsitz (5) um ein definiertes Maß abgehoben ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine elektromagnetische Erregung des zweiten Ankers (2) mit einer geringen Strom der Ventilsitz (5) zunächst in einem ersten Schritt kraftfrei und danach in einem zweiten Schritt durch das Spannen des elastischen Elements (7) mit einer definierten Schließkraft vom Ventilstößel (4) beaufschlagt ist, wozu im ersten Schritt eine Rückstellfeder (10) und im zweiten Schritt das elastische Element (7) unter Kompression versetzt ist, bevor der zweite Anker (2) an einer als Magnetpol ausgebildeten Innenstirnfläche (8) des Ventilgehäuses (3) verharrt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine elektromagnetische Erregung des zweiten Ankers (2) mit einem hohen elektrischen Strom, entgegengesetzt zur Hubrichtung des zweiten Ankers (2), der erste Anker (1) vor der Kontaktierung des Magnetkerns (12) eine Zwischenstellung im Ventilgehäuse (3) erreicht, in welcher der erste Anker (1) mit seiner dem Magnetkern (12) zugewandten Stirnfläche einen Mitnehmer (6) kontaktiert, der an dem vom Ventilsitz (5) abgewandten Ende des Ventilstößels (4) vorgesehen ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zwischenstellung des ersten Ankers (1) der Ventilsitz (5) vom Ventilstößel (4) verschlossen ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anlegen des ersten Ankers (1) am Magnetkern (12) der Ventilstößel (4) vom Ventilsitz (5) um ein Maß abgehoben ist, das größer ist als das Öffnungsmaß zwischen dem Ventilsitz (5) und dem Ventilstößel (4) in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung.