DE102019125061A1 - Bistable solenoid valve for an air suspension system of a vehicle and method for controlling this solenoid valve - Google Patents
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Abstract
Bistabiles Magnetventil (2) für eine Luftfederungsanlage eines Fahrzeugs, durch dessen Umschaltung einer ein Hauptluftvolumen (V0) enthaltenden Luftfeder (62) mindestens eine ein Zusatzluftvolumen (V1) enthaltende Zusatzkammer (74) zuschaltbar oder abschaltbar ist, mit zwei axial benachbarten Elektromagneten (4, 6) und einem axial zwischen diesen Elektromagneten angeordneten Permanentmagneten (8), innerhalb denen ein Anker (30) axialbeweglich geführt ist, wobei der Anker durch eine Bestromung des ersten Elektromagneten (4) in eine erste Schaltstellung mit einer Anlage an einem ersten Kern (22) sowie durch eine Bestromung des zweiten Elektromagneten (6) in eine zweite Schaltstellung mit einer Anlage an einem zweiten Kern (26) verschiebbar ist, und bei dem der Anker durch den Permanentmagneten (8) alternativ zueinander in der ersten oder der zweiten Schaltstellung stromlos haltbar ist. Das Magnetventil (2) ist als ein 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildet. Der erste Kern (22) ist geschlossen. Der zweite Kern (26) weist einen axial durchgehenden zylindrischen Zentralkanal (38) für den Anschluss der Zusatzkammer (74), einen axial innen koaxial um den Zentralkanal angeordneten zylindrischen Ringkanal (40) zum Anschluss der Luftfeder (62) sowie einen axial endseitig zwischen dem Zentralkanal (38) und dem Ringkanal angeordneten Ventilsitz (42) auf. Der Anker ist auf der dem Ventilsitz zugewandten Stirnwand (54) mit einem mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Dichtungselement (56) versehen.Bistable solenoid valve (2) for an air suspension system of a vehicle, by switching over an air spring (62) containing a main air volume (V0) at least one additional chamber (74) containing an additional air volume (V1) can be switched on or off, with two axially adjacent electromagnets (4, 6) and a permanent magnet (8) arranged axially between these electromagnets, within which an armature (30) is guided so as to be axially movable, the armature being brought into a first switching position with a contact on a first core (22) by energizing the first electromagnet (4) ) and by energizing the second electromagnet (6) into a second switching position with a contact with a second core (26), and in which the armature can be held in the first or second switching position without current by the permanent magnet (8) alternatively to one another is. The solenoid valve (2) is designed as a 2/2-way solenoid valve. The first core (22) is closed. The second core (26) has an axially continuous cylindrical central channel (38) for the connection of the additional chamber (74), a cylindrical ring channel (40) arranged axially on the inside coaxially around the central channel for connecting the air spring (62) and an axially end side between the Central channel (38) and the annular channel arranged valve seat (42). On the end wall (54) facing the valve seat, the armature is provided with a sealing element (56) cooperating with the valve seat.
Description
Die Erfindung betrifft ein bistabiles Magnetventil für eine Luftfederungsanlage eines Fahrzeugs, durch dessen Umschaltung einer ein Hauptluftvolumen enthaltenden Luftfeder mindestens eine ein Zusatzluftvolumen enthaltende Zusatzkammer zuschaltbar oder abschaltbar ist, mit zwei axial benachbarten Elektromagneten und einem axial zwischen diesen Elektromagneten angeordneten Permanentmagneten, innerhalb denen ein Anker axialbeweglich geführt ist, wobei der Anker durch eine Bestromung des ersten Elektromagneten in eine erste Schaltstellung mit einer Anlage an einem ersten Kern sowie durch eine Bestromung des zweiten Elektromagneten in eine zweite Schaltstellung mit einer Anlage an einem zweiten Kern verschiebbar ist, und bei dem der Anker durch den Permanentmagneten alternativ zueinander in der ersten oder der zweiten Schaltstellung stromlos haltbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Steuerung dieses Magnetventils, mit dem eine möglichst energiesparende und geräuscharme Zuschaltung und Abschaltung der mindestens einen Zusatzkammer möglich ist.The invention relates to a bistable solenoid valve for an air suspension system of a vehicle, by switching over an air spring containing a main air volume, at least one additional chamber containing an additional air volume can be switched on or off, with two axially adjacent electromagnets and a permanent magnet arranged axially between these electromagnets, within which an armature is axially movable is guided, wherein the armature can be displaced by energizing the first electromagnet into a first switching position with a contact on a first core and by energizing the second electromagnet into a second switching position with contact on a second core, and in which the armature is displaced the permanent magnets can alternatively be held in the first or the second switching position without current. The invention also relates to a method for controlling this solenoid valve, with which the at least one additional chamber can be switched on and off in the most energy-saving and low-noise manner possible.
Bei luftgefederten Fahrzeugen kommen Luftfederungsanlagen mit Mehrkammerluftfedern zum Einsatz, bei denen durch das Zuschalten von Zusatzluftvolumen enthaltenden Zusatzkammern eine weichere Federkennung der Luftfedern und durch das Abschalten von Zusatzvolumen enthaltenden Zusatzkammern eine härtere Federkennung der Luftfedern einstellbar ist. Die Umschaltung der Federkennung kann manuell oder automatisiert von einem elektronischen Steuergerät ausgelöst werden und gleichzeitig an allen Luftfedern oder nur an bestimmten Luftfedern einer Fahrzeugseite oder einer Fahrzeugachse erfolgen. Beispielsweise kann die Umschaltung der Federkennung manuell durch den Fahrer erfolgen, indem dieser durch die Betätigung eines Wählschalters zwischen den Fahrmodi „Komfort“ mit weicher Federkennung, „Standard“ mit mittlerer Federkennung und „Sport“ mit harter Federkennung wechselt. Wenn das Fahrzeug über ein System zur Fahrertyperkennung oder zur Erkennung der Fahrbahnbeschaffenheit verfügt, kann der Wechsel zwischen den Fahrmodi „Komfort“, „Standard“ und „Sport“ auch automatisiert erfolgen. Bei einer dynamischen Anpassung der Federkennungen können beispielsweise beim Durchfahren einer Kurve die Luftfedern der kurvenäußeren Räder durch das Abschalten von Zusatzluftvolumen enthaltenden Zusatzkammern auf eine härtere Federkennung umgeschaltet und damit eine stärkere Seitenneigung des Fahrzeugaufbaus beziehungsweise der Fahrzeugkarosserie verhindert werden. Ebenso können bei einer dynamischen Anpassung der Federkennungen bei einer Abbremsung des Fahrzeugs die Luftfedern an der Vorderachse und beim Anfahren des Fahrzeugs die Luftfedern an der Hinterachse durch das Abschalten von Zusatzluftvolumen enthaltenden Zusatzkammern auf eine härtere Federkennung umgeschaltet und damit eine Vertikalbewegung der Fahrzeugfront beziehungsweise des Fahrzeughecks verhindert werden.In air-sprung vehicles, air suspension systems with multi-chamber air springs are used, in which a softer spring characteristic of the air springs can be set by switching on additional chambers containing additional air volumes and a harder spring characteristic of the air springs can be set by switching off additional chambers containing additional volumes. The switchover of the spring detection can be triggered manually or automatically by an electronic control unit and take place simultaneously on all air springs or only on certain air springs on one side of the vehicle or on a vehicle axle. For example, the driver can switch the spring rate manually by operating a selector switch between the driving modes “Comfort” with soft spring rate, “Standard” with medium spring rate and “Sport” with hard spring rate. If the vehicle has a system for driver type recognition or for recognition of the road surface, the change between the driving modes “Comfort”, “Standard” and “Sport” can also be automated. With a dynamic adjustment of the spring characteristics, when driving through a curve, for example, the air springs of the wheels on the outside of the curve can be switched to a harder spring characteristic by switching off additional chambers containing additional air volume, thus preventing the vehicle body or body from tilting. Likewise, if the spring characteristics are dynamically adjusted when the vehicle is braked, the air springs on the front axle and when the vehicle starts up, the air springs on the rear axle can be switched to a harder spring characteristic by switching off additional chambers containing additional air volume, thus preventing vertical movement of the front of the vehicle or the rear of the vehicle become.
Derartige Luftfederungsanlagen, bei denen die Zu- und Abschaltung von Zusatzluftvolumen enthaltenen Zusatzkammern über jeweils ein 2/2-Wege-Schaltventil erfolgt, sind beispielsweise in der
Die Schaltventile sind zumeist als monostabile 2/2-Wege-Magnetventile ausgebildet, wie sie z.B. aus der
Für den Einsatz in Luftfederungsanlagen sind daher schon bistabile 2/2-Wege-Magnetventile entwickelt worden, bei denen ein axialbeweglicher Anker durch einen mit wechselnder Polung bestrombaren Elektromagneten zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbar und in beiden Schaltstellungen jeweils durch einen Permanentmagneten haltbar ist. Ein derartiges bistabiles Magnetventil ist beispielsweise aus der
Dagegen ist aus der
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein bistabiles Magnetventil ähnlicher Bauart mit niedriger Stromaufnahme der Elektromagnete und hoher Haltekraft des Permanentmagneten für eine Luftfederungsanlage eines Fahrzeugs vorzustellen, durch dessen Umschaltung einer ein Hauptluftvolumen enthaltenden Luftfeder mindestens eine ein Zusatzluftvolumen enthaltende Zusatzkammer zuschaltbar oder von dieser abschaltbar ist. Außerdem soll ein Verfahren zur Steuerung dieses Magnetventils angegeben werden, mit dem eine möglichst energiesparende und geräuscharme Zuschaltung und Abschaltung der mindestens einen Zusatzkammer möglich ist.The invention was based on the object of providing a bistable solenoid valve of a similar design with low current consumption of the electromagnets and high holding force of the permanent magnet for an air suspension system of a vehicle, by switching an air spring containing a main air volume at least one additional chamber containing an additional air volume can be switched on or off from this. In addition, a method for controlling this solenoid valve is to be specified with which the at least one additional chamber can be switched on and off as energy-saving and as quietly as possible.
Die Lösung der vorrichtungsbezogenen Aufgabe wurde durch ein Magnetventil erreicht, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Die verfahrensbezogene Aufgabe ist durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Jeweils zugeordnete abhängige Ansprüche definieren vorteilhafte Weiterbildungen.The device-related object was achieved by a solenoid valve which has the features of
Demnach betrifft die Erfindung ein Magnetventil für eine Luftfederungsanlage eines Fahrzeugs, durch dessen Umschaltung einer ein Hauptluftvolumen enthaltenden Luftfeder mindestens eine ein Zusatzluftvolumen enthaltende Zusatzkammer zuschaltbar oder abschaltbar ist, mit zwei axial benachbarten Elektromagneten und einem axial zwischen diesen Elektromagneten angeordneten Permanentmagneten, innerhalb denen ein Anker axialbeweglich geführt ist, wobei der Anker durch eine Bestromung des ersten Elektromagneten in eine erste Schaltstellung mit einer Anlage an einem ersten Kern sowie durch eine Bestromung des zweiten Elektromagneten in eine zweite Schaltstellung mit einer Anlage an einem zweiten Kern verschiebbar ist, und bei dem der Anker durch den Permanentmagneten alternativ zueinander in der ersten oder der zweiten Schaltstellung stromlos haltbar istAccordingly, the invention relates to a solenoid valve for an air suspension system of a vehicle, by switching over an air spring containing a main air volume, at least one additional chamber containing an additional air volume can be switched on or off, with two axially adjacent electromagnets and a permanent magnet arranged axially between these electromagnets, within which an armature is axially movable is guided, wherein the armature can be displaced by energizing the first electromagnet into a first switching position with a contact on a first core and by energizing the second electromagnet into a second switching position with contact on a second core, and in which the armature is displaced the permanent magnets can alternatively be held in the first or the second switching position without current
Zur Lösung der vorrichtungsbezogenen Aufgabe ist bei diesem Magnetventil außerdem vorgesehen, dass das Magnetventil als ein 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist, dass der erste Kern geschlossen ausgebildet ist, dass der zweite Kern einen axial durchgehenden zylindrischen Zentralkanal für den Anschluss der Zusatzkammer, einen axial innen koaxial um den Zentralkanal angeordneten zylindrischen Ringkanal zum Anschluss der Luftfeder sowie einen axial endseitig zwischen dem Zentralkanal und dem Ringkanal angeordneten Ventilsitz aufweist, und dass der Anker auf der dem Ventilsitz zugewandten Stirnwand mit einem mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden kreisscheibenförmigen oder ringzylindrischen Dichtungselement aus einem Elastomerkunststoff versehen ist.To solve the device-related problem, this solenoid valve also provides that the solenoid valve is designed as a 2/2-way solenoid valve, that the first core is designed to be closed, that the second core has an axially continuous cylindrical central channel for the connection of the additional chamber, has a cylindrical ring channel arranged axially on the inside coaxially around the central channel for connecting the air spring as well as a valve seat arranged axially at the end between the central channel and the ring channel, and that the armature on the end wall facing the valve seat with a circular disk-shaped or ring-cylindrical sealing element composed of a Elastomer plastic is provided.
Die Erfindung geht von dem insbesondere aus der
Durch die geschlossene Ausführung des ersten Kerns, die Anordnung der Kanäle zum Anschluss der Zusatzkammer und der Luftfeder sowie des Ventilsitzes in dem zweiten Kern sowie des Dichtelementes an dem Anker ist ein bistabiles, als ein Sitzventil ausgebildetes 2/2-Wege-Magnetventil geschaffen, durch dessen Umschaltung der das Hauptluftvolumen enthaltenden Luftfeder mindestens eine ein Zusatzluftvolumen enthaltende Zusatzkammer energiesparend sowie geräuscharm zuschaltbar oder abschaltbar ist.Due to the closed design of the first core, the arrangement of the channels for connecting the additional chamber and the air spring as well as the valve seat in the second core and the sealing element on the armature, a bistable 2/2-way solenoid valve designed as a seat valve is created, by switching over the air spring containing the main air volume, at least one additional chamber containing an additional air volume can be switched on or off in an energy-saving and low-noise manner.
Zur möglichst einfachen Herstellung der erwähnten Kanäle besteht der zweite Kern bevorzugt aus einer Außenhülse und einer in diese eingesetzten Buchse. Die Außenhülse weist eine axiale Zentralbohrung mit dem äußeren Durchmesser des Ringkanals und mehrere axial in etwa mittig in die Zentralbohrung führende Radialbohrungen auf. Die Buchse ist in die Zentralbohrung der Außenhülse eingesetzt sowie radial außen abgestuft ausgebildet, und weist radial innen den Durchmesser des Zentralkanals auf. Radial außen weist die Buchse an einem bis zu den Radialbohrungen reichenden axialen Innenabschnitt den inneren Durchmesser des Ringkanals und an einem daran nach axial außen anschließenden Außenabschnitt den äußeren Durchmesser des Ringkanals auf. Die Buchse kann mit der Außenhülse verpresst oder mit dieser verschweißt sein. Im eingebauten Zustand ist das Magnetventil mit dem zweiten Kern in eine gehäusefeste Bohrung mit einer Ringnut eingesetzt, in welche die Radialbohrungen einmünden, und an welche die Luftfeder mit dem Hauptluftvolumen angeschlossen ist. An den Zentralkanal ist die Zusatzkammer mit dem Zusatzluftvolumen angeschlossen.For the simplest possible production of the channels mentioned, the second core preferably consists of an outer sleeve and a bushing inserted into it. The outer sleeve has an axial central bore with the outer diameter of the annular channel and a plurality of radial bores leading axially approximately centrally into the central bore. The bushing is inserted into the central bore of the outer sleeve and is stepped radially on the outside and has the diameter of the central channel radially on the inside. Radially on the outside, the bushing has the inner diameter of the ring channel on an axial inner section reaching up to the radial bores and the outer diameter of the ring channel on an outer section adjoining it axially outward. The socket can be pressed with the outer sleeve or welded to it. In the installed state, the solenoid valve with the second core is inserted into a bore fixed to the housing with an annular groove into which the radial bores open and to which the air spring with the main air volume is connected. The additional chamber with the additional air volume is connected to the central channel.
Um die Schaltgeräusche des erfindungsgemäßen Magnetventils, die durch den schaltungsbedingten Aufprall des Ankers auf die axial inneren Stirnwände der Kerne entstehen, zu reduzieren, ist der Anker auf der dem ersten Kern zugewandten Stirnwand zweckmäßig mit einem kreisscheibenförmigen oder ringzylindrischen Dämpfungselement aus einem Elastomerkunststoff, insbesondere Gummi, versehen. Hierdurch wird zwar nur das Schaltgeräusch beim Erreichen der ersten Schaltstellung durch den Anker gedämpft, beim Erreichen der zweiten Schaltstellung durch den Anker erfolgt dies dagegen durch das Dichtungselement, das dann auf den Ventilsitz trifft.In order to reduce the switching noises of the solenoid valve according to the invention, which are caused by the circuit-related impact of the armature on the axially inner end walls of the cores, the armature on the end wall facing the first core is expediently provided with a circular disk-shaped or ring-cylindrical damping element made of an elastomer plastic, in particular rubber, Mistake. This only dampens the switching noise when the armature reaches the first switching position, but when the armature reaches the second switching position, this is done by the sealing element, which then hits the valve seat.
Das stromlose Halten des Ankers in der geöffneten ersten Schaltstellung durch eine erste Haltekraft Fperm-1 des Permanentmagneten, die durch das erste Permanentmagnetfeld PM1 des Permanentmagneten erzeugt wird, ist unkritisch, weil der Anker durch das geöffnete Magnetventil durch die auf den mittigen Flächenabschnitt der ventilsitzseitigen Stirnwand des Ankers wirksame Druckkraft Fspring des Hauptluftvolumens V0 beziehungsweise der Druckkraft Fvol des Zusatzluftvolumens V1 im öffnenden Sinn belastet wird (Fperm-1 > - Fspring).The currentless holding of the armature in the open first switching position by a first holding force F perm-1 of the permanent magnet, which is generated by the first permanent magnetic field PM1 of the permanent magnet, is not critical because the armature through the open solenoid valve through the on the central surface section of the valve seat side Front wall of the armature effective compressive force F spring of the main air volume V 0 or the compressive force F vol of the additional air volume V 1 is loaded in the opening sense (F perm-1 > - F spring ).
Um den Anker bei einer Umschaltung aus der geöffneten ersten Schaltstellung in die geschlossene zweite Schaltstellung von der Anlage an dem ersten Kern lösen und in Richtung zum zweiten Kern verschieben zu können, ist eine derartige Ausbildung und Anordnung des zweiten Elektromagneten erforderlich, dass der Anker durch das Elektromagnetfeld EM2 des bestromten zweiten Elektromagneten aus der geöffneten ersten Schaltstellung gegen die erste Haltekraft Fperm-1 des Permanentmagneten und gegen die Druckkraft Fspring des Hauptluftvolumens V0 lösbar sowie in Richtung zu der das Magnetventil schließenden zweiten Schaltstellung verschiebbar ist (Fmag-2 > Fperm-1 + Fspring).In order to be able to release the armature when switching from the open first switch position to the closed second switch position from the system on the first core and move it in the direction of the second core, such a design and arrangement of the second electromagnet is required that the armature through the Electromagnetic field EM2 of the energized second electromagnet from the open first switching position against the first holding force F perm-1 of the permanent magnet and against the compressive force F spring of the main air volume V 0 and can be moved in the direction of the second switching position that closes the solenoid valve (F mag-2 > F perm-1 + Fspring).
Um den Anker stromlos auf dem Ventilsitz des zweiten Kerns halten zu können, ist eine derartige Ausbildung und Anordnung des Permanentmagneten erforderlich, dass der Anker durch ein zweites Permanentmagnetfeld PM2 des Permanentmagneten gegen die Differenz aus der Druckkraft Fvol des Zusatzluftvolumens V1 und der Druckkraft Fspring des Hauptluftvolumens V0 stromlos, also ohne eine Bestromung eines der Elektromagnete, in der geschlossenen zweiten Schaltstellung haltbar ist (Fperm-2 > Fvol - Fspring).In order to be able to keep the armature currentless on the valve seat of the second core, such a design and arrangement of the permanent magnet is necessary that the armature is counteracted by a second permanent magnetic field PM2 of the permanent magnet against the difference between the compressive force F vol of the additional air volume V 1 and the compressive force F. spring of the main air volume V 0 without current, that is to say without energizing one of the electromagnets, can be maintained in the closed second switching position (F perm-2 > F vol - Fspring).
Um den Anker bei einer Umschaltung aus der geschlossenen zweiten Schaltstellung in die geöffnete erste Schaltstellung von der Anlage an dem Ventilsitz des zweiten Kerns lösen und in Richtung zu dem ersten Kern verschieben zu können, ist eine derartige Ausbildung und Anordnung des ersten Elektromagneten erforderlich, dass der Anker durch das Elektromagnetfeld EM1 des bestromten ersten Elektromagneten aus der geschlossenen zweiten Schaltstellung gegen die zweite Haltekraft Fperm-2 des Permanentmagneten sowie die Differenz aus der Druckkraft Fspring des Hauptluftvolumens V0 und der Druckkraft Fvol des Zusatzluftvolumens V1 lösbar sowie in Richtung zu der geöffneten ersten Schaltstellung verschiebbar ist (Fmag-1 > Fperm-2 - (Fvol - Fspring)).In order to be able to release the armature when switching from the closed second switch position to the open first switch position from the system on the valve seat of the second core and to be able to move it in the direction of the first core, such a design and arrangement of the first electromagnet is required that the Armature by the electromagnetic field EM1 of the energized first electromagnet from the closed second switching position against the second holding force F perm-2 of the permanent magnet and the difference between the compressive force F spring of the main air volume V 0 and the compressive force F vol of the additional air volume V 1 releasably and in the direction of the opened first switching position is displaceable (F mag-1 > F perm-2 - (F vol - F spring )).
Um die Dämpfung beim Erreichen der geöffneten ersten Schaltstellung durch den Anker die Dämpfungswirkung des ankerseitigen Dämpfungselementes zu verstärken, ist die innere Stirnwand des ersten Kerns vorteilhaft im Kontaktbereich mit dem Dämpfungselement des Ankers konvex gewölbt ausgebildet. Durch die Wölbung der inneren Stirnwand trifft das Dämpfungselement des Ankers erst mittig auf die Stirnwand und wird dann über einen gewissen Axialweg unter Vergrößerung der Kontaktfläche mit der Stirnwand elastisch verformt, wodurch die Bewegungsenergie des Ankers abgebaut und der Aufprallstoß stärker gedämpft wird.In order to increase the damping effect of the damping element on the armature side when the armature reaches the open first switching position, the inner end wall of the first core is advantageously convexly curved in the contact area with the armature's damping element. Due to the curvature of the inner end wall, the damping element of the anchor first hits the end wall in the middle and is then elastically deformed over a certain axial path, increasing the contact surface with the end wall, whereby the kinetic energy of the anchor is reduced and the impact shock is more strongly damped.
Da der Spalt zwischen der betreffenden Stirnwand des Ankers und der axial inneren Stirnwand des zweiten Kerns in der zweiten Schaltstellung mit etwa 0,3 mm relativ klein gehalten sein kann, um ein starkes Elektro- und Permanentmagnetfeld EM2, PM2 des zweiten Elektromagneten und des Permanentmagneten zu erzielen, kann sich der Ventilsitz mit der Zeit durch den schaltungsbedingten Aufprall des Ankers in den Dichtkörper eindrücken. Dadurch kann der Spalt überbrückt und durch einen metallischen Kontakt des Ankers mit der inneren Stirnwand des zweiten Kerns ein unerwünschtes Schaltgeräusch verursacht werden. Um dies zu verhindern, ist der Anker gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auf der dem zweiten Kern zugewandten Stirnwand mit mehreren ringsegmentförmigen Dämpfungselementen aus einem Elastomerkunststoff, beispielsweise Gummi, versehen, die zur ungehinderten Strömung der Druckluft radial von dem Dichtungselement des Ankers und umfangsseitig voneinander beabstandet angeordnet sind.Since the gap between the relevant end wall of the armature and the axially inner end wall of the second core in the second switching position can be kept relatively small at about 0.3 mm in order to generate a strong electric and permanent magnetic field EM2, PM2 To achieve the second electromagnet and the permanent magnet, the valve seat can press into the sealing body over time due to the circuit-related impact of the armature. As a result, the gap can be bridged and an undesired switching noise can be caused by a metallic contact of the armature with the inner end wall of the second core. To prevent this, according to an advantageous development of the invention, the armature is provided on the end wall facing the second core with several ring segment-shaped damping elements made of an elastomeric material, for example rubber, which are spaced radially from the sealing element of the armature and circumferentially from one another for the unimpeded flow of compressed air are arranged.
Zum Ausgleich einer statischen Druckdifferenz zwischen dem Hauptluftvolumen und dem Zusatzluftvolumen, die sich bei einer Beladung oder Entladung des Fahrzeugs einstellt, ist der Anker bevorzugt mit einer zentralen Durchgangsbohrung versehen, in die ein Drosselelement eingesetzt ist, welches eine axiale Drosselbohrung aufweist.To compensate for a static pressure difference between the main air volume and the additional air volume that occurs when the vehicle is loaded or unloaded, the armature is preferably provided with a central through-hole into which a throttle element is inserted, which has an axial throttle bore.
Das Drosselelement ist bevorzugt als eine Blechscheibe ausgebildet, die in das Dämpfungselement des Kerns integriert, insbesondere einvulkanisiert ist, und in welche die Drosselbohrung durch Laserbohren erzeugt wurde.The throttle element is preferably designed as a sheet metal disk which is integrated into the damping element of the core, in particular vulcanized into it, and in which the throttle bore was produced by laser drilling.
Um den Ausgleich einer durch einen Fahrbetrieb des Fahrzeugs verursachten dynamischen Druckunterschied zwischen dem Hauptluftvolumen und dem Zusatzluftvolumen zu vermeiden, ist der Durchmesser der Drosselbohrung relativ klein ausgeführt und liegt im Bereich zwischen 0,1 mm und 0,2 mm, einschließlich der genannten Bereichsgrenzen.In order to avoid compensating for a dynamic pressure difference between the main air volume and the additional air volume caused by driving the vehicle, the diameter of the throttle bore is made relatively small and is in the range between 0.1 mm and 0.2 mm, including the stated range limits.
Zur Lösung der verfahrensbezogenen Aufgabe, nämlich zur Steuerung eines bistabilen Magnetventils mit den Merkmalen von wenigstens einem der genannten Vorrichtungsansprüche, ist vorgesehen, dass zur Umschaltung des Magnetventils ein rampenförmiger Spannungsimpuls in die Magnetspule des schaltenden Elektromagneten eingesteuert wird. Hierdurch wird die Höhe einer durch Induktion in der Magnetspule des nicht schaltenden Elektromagneten erzeugte Gegenkraft vorteilhaft begrenzt.To solve the process-related problem, namely to control a bistable solenoid valve with the features of at least one of the device claims mentioned, it is provided that a ramp-shaped voltage pulse is fed into the solenoid of the switching solenoid to switch the solenoid valve. This advantageously limits the level of a counterforce generated by induction in the magnet coil of the non-switching electromagnet.
Die Dauer TS des Spannungsimpulses ist vorzugsweise länger ist als die halbe Periode TE / 2 der Eigenfrequenz des Fahrwerks des Fahrzeugs, so dass bei einer Fahrwerksschwingung der Nulldurchgang innerhalb des Spannungsimpulses liegt, und somit die Umschaltung des Magnetventils sicher erfolgen kann.The duration T S of the voltage pulse is preferably longer than half the period T E / 2 of the natural frequency of the chassis of the vehicle, so that when the chassis vibrates, the zero crossing is within the voltage pulse and the solenoid valve can therefore be switched over safely.
Um die Elektromagneten schwächer und damit auch kompakter und stromsparender ausführen zu können, ist bei der Steuerung des erfindungsgemäßen Magnetventils bevorzugt vorgesehen, dass zumindest zu Beginn einer Umschaltung des Magnetventils eine die Haltekraft des Permanentmagneten kompensierende Gegenkraft durch eine entsprechende Bestromung des nicht schaltenden Elektromagneten erzeugt wird. Der in den kompensierenden Elektromagneten eingesteuerte Strom IK beträgt in etwa ein Viertel des in den schaltenden Elektromagneten eingesteuerten Stroms IS (IK ≈ ¼ IS).In order to be able to make the electromagnets weaker and thus also more compact and power-saving, the control of the solenoid valve according to the invention preferably provides that at least at the beginning of a switchover of the solenoid valve, a counterforce compensating for the holding force of the permanent magnet is generated by a corresponding energization of the non-switching electromagnet. The current I K fed into the compensating electromagnet is approximately a quarter of the current I S fed into the switching electromagnet (I K ≈ ¼ I S ).
Zur weiteren Reduzierung der Schaltgeräusche des Magnetventils kann vorgesehen sein, dass gegen Ende einer Umschaltung des Magnetventils vor dem Erreichen der betreffenden Schaltstellung eine den Aufprall des Ankers auf den zugeordneten Kern dämpfende Bremskraft Fbr durch eine entsprechende Bestromung des nicht schaltenden Elektromagneten erzeugt wird.To further reduce the switching noise of the solenoid valve, a braking force F br, which dampens the impact of the armature on the associated core, is generated by a corresponding energization of the non-switching electromagnet towards the end of a switchover of the solenoid valve before the relevant switching position is reached.
Da hierzu die Information über die Stellposition beziehungsweise über den Stellweg des Ankers unmittelbar, also in Echtzeit zur Verfügung stehen muss, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Abstand des Ankers von dem betreffenden Kern durch eine Auswertung einer durch die Bewegung des Ankers in der Magnetspule des nicht schaltenden Elektromagneten induzierten Spannung Uind bestimmt wird, und dass die Bremskraft Fbr bei Erreichen eines vorgegebenen Abstands des Ankers von dem Kern durch eine entsprechende Bestromung des nicht schaltenden Elektromagneten eingeschaltet wird.Since for this purpose the information about the setting position or about the setting travel of the armature must be available directly, i.e. in real time, it is preferably provided that the distance between the armature and the relevant core is not determined by an evaluation of a movement of the armature in the solenoid switching electromagnet induced voltage U ind is determined, and that the braking force Fbr is switched on when a predetermined distance of the armature from the core is reached by a corresponding energization of the non-switching electromagnet.
Der Abstand des Ankers von dem betreffenden Kern wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mittels einer Integrationsschaltung eines Operationsverstärkers bestimmt, an deren Eingang die induzierte Spannung Uind angelegt und an deren Ausgang eine integrierte Spannung Ucut abgegriffen wird. Die in die Magnetspule des nicht schaltenden Elektromagneten induzierte Spannung Uind ist proportional der Stellgeschwindigkeit des Ankers. Demzufolge ist die durch eine Integration der induzierten Spannung Uind gewonnene Ausgangsspannung Ucut proportional zum Stellweg des Ankers und kann somit zur Ermittlung der Stellposition des Ankers verwendet werden. Der Abstand des Ankers von dem betreffenden Kern ergibt sich dann durch die Subtraktion des ermittelten Stellweges von dem möglichen Gesamtstellweg des Ankers.According to a further development of the invention, the distance between the armature and the relevant core is determined by means of an integration circuit of an operational amplifier, at the input of which the induced voltage U ind is applied and at the output of which an integrated voltage U cut is tapped. The voltage U ind induced in the magnet coil of the non-switching electromagnet is proportional to the actuating speed of the armature. Accordingly, the output voltage U cut obtained by integrating the induced voltage U ind is proportional to the travel of the armature and can thus be used to determine the position of the armature. The distance between the armature and the relevant core is then obtained by subtracting the determined travel from the possible total travel of the armature.
Die Umschaltung des Magnetventils aus der geschlossenen zweiten Schaltstellung in die geöffnete erste Schaltstellung wird bevorzugt dann durchgeführt, wenn die Differenz aus der Druckkraft Fvol des Zusatzluftvolumens V1 und der Druckkraft Fspring des Hauptluftvolumens V0 gerade positiv ist (Fvol - Fspring > 0), da die Umschaltung dann durch diese Kraftdifferenz Fvol - Fspring unterstützt wird und eine nur geringere Stellkraft Fmag-1, Fmag-2 des schaltenden Elektromagneten erforderlich ist.The switching of the solenoid valve from the closed second switch position to the open first switch position is preferably carried out when the difference between the pressure force F vol of the additional air volume V 1 and the pressure force F spring of the main air volume V 0 is just positive (F vol - F spring > 0), since the switchover is then supported by this force difference F vol - F spring and only one lower actuating force F mag-1 , F mag-2 of the switching electromagnet is required.
Aus demselben Grund wird die Umschaltung des Magnetventils aus der geöffneten ersten Schaltstellung in die geschlossene zweite Schaltstellung bevorzugt dann durchgeführt, wenn die Differenz aus der Druckkraft Fvol des Zusatzluftvolumens V1 und der Druckkraft Fspring des Hauptluftvolumens V0 gerade negativ ist (Fvol - Fspring < 0).For the same reason, the switchover of the solenoid valve from the open first switch position to the closed second switch position is preferably carried out when the difference between the compressive force F vol of the additional air volume V 1 and the compressive force F spring of the main air volume V 0 is just negative (F vol - F jump <0).
Für den Fall, dass die Haltekraft Fperm-1, Fperm-2 der Permanentmagnete in den Magnetventilen zumindest einiger Luftfedern eines Fahrzeugs nicht ausreicht, um die Anker in ihrer Schaltstellung zu halten, kann vorgesehen sein, dass die Haltekraft Fperm-1, Fperm-2 der Permanentmagnete in den Magnetventilen zumindest einiger Luftfedern eines Fahrzeugs bedarfsweise durch eine entsprechende Bestromung der dem jeweiligen Anker benachbarten Elektromagnete unterstützt wird.In the event that the holding force F perm-1 , F perm-2 of the permanent magnets in the solenoid valves of at least some air springs of a vehicle is not sufficient to hold the armature in their switching position, it can be provided that the holding force F perm-1 , F perm-2 the permanent magnets in the solenoid valves of at least some air springs of a vehicle is supported, if necessary, by a corresponding energization of the electromagnets adjacent to the respective armature.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Haltekraft Fperm-2 der Permanentmagnete in der geschlossenen zweiten Schaltstellung der Anker bei Kurvenfahrt an den Magnetventilen der kurveninneren Luftfedern durch eine entsprechende Bestromung der benachbarten Elektromagnete unterstützt wird, weil die betreffenden Anker durch die Differenz der Druckkräfte Fvol - Fspring dann im öffnenden Sinn belastet sind.It can also be provided that the holding force F perm-2 of the permanent magnets in the closed second switching position of the armature when cornering at the solenoid valves of the air springs on the inside of the curve is supported by a corresponding energization of the neighboring electromagnets, because the armature in question is supported by the difference in the pressure forces F vol - F jump are then loaded in the opening sense.
Beim Befahren einer schlechten Wegstrecke mit wechselnder Belastung der Anker durch die Differenz der Druckkräfte Fvol - Fspring kann vorgesehen sein, dass die Haltekraft Fperm-1, Fperm-2 der Permanentmagnete unabhängig von der Schaltstellung der Anker an den Magnetventilen aller Luftfedern durch eine entsprechende Bestromung der benachbarten Elektromagnete unterstützt wird.When driving on a bad route with changing loads on the armature due to the difference in pressure forces F vol - F spring, it can be provided that the holding force F perm-1 , F perm-2 of the permanent magnets is applied to the solenoid valves of all air springs regardless of the switching position of the armature a corresponding energization of the neighboring electromagnets is supported.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von drei in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
-
1 eine Basisausführung eines die Merkmale der Erfindung aufweisenden Magnetventils in einem Längsmittelschnitt, -
1a die Kraftverhältnisse in dem Magnetventil gemäß1 in einer ersten Schaltstellung, -
1b die Kraftverhältnisse in dem Magnetventil gemäß1 bei einer Umschaltung aus der ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung, -
1c die Kraftverhältnisse in dem Magnetventil gemäß1 in der zweiten Schaltstellung, -
1d die Kraftverhältnisse in dem Magnetventil gemäß1 bei einer Umschaltung aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung, -
2 eine erste Weiterbildung des Magnetventils gemäß1 in einem Längsmittelschnitt, -
2a ein Magnetventil ähnlich dem gemäß1 in einem Querschnitt, -
3 eine zweite Weiterbildung des Magnetventils gemäß1 in einem Längsmittelschnitt, -
4 eine elektrisches Schaltschema des Magnetventils gemäß1 bei einer Umschaltung aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung, -
4a den zeitlichen Verlauf der in die Magnetspule des schaltenden Elektromagneten eingesteuerten Schaltspannung in einem Diagramm, -
4b den zeitlichen Verlauf der in die Magnetspule des nicht schaltenden Elektromagneten induzierten Spannung in einem Diagramm, -
4c den zeitlichen Verlauf der in die Magnetspule des nicht schaltenden Elektromagneten induzierten Spannung mit einer Ermittlung des Stellweges des Ankers, und -
4d eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Stellweges des Ankers.
-
1 a basic version of a solenoid valve having the features of the invention in a longitudinal center section, -
1a the force relationships in the solenoid valve according to1 in a first switch position, -
1b the force relationships in the solenoid valve according to1 when switching from the first switch position to a second switch position, -
1c the force relationships in the solenoid valve according to1 in the second switch position, -
1d the force relationships in the solenoid valve according to1 when switching from the second switch position to the first switch position, -
2 a first development of the solenoid valve according to1 in a longitudinal center section, -
2a a solenoid valve similar to that according to1 in a cross section, -
3 a second development of the solenoid valve according to1 in a longitudinal center section, -
4th an electrical circuit diagram of the solenoid valve according to1 when switching from the first switch position to the second switch position, -
4a the timing of the switching voltage applied to the solenoid of the switching electromagnet in a diagram, -
4b the time course of the voltage induced in the solenoid of the non-switching electromagnet in a diagram, -
4c the time course of the voltage induced in the solenoid of the non-switching electromagnet with a determination of the travel of the armature, and -
4d a circuit arrangement for determining the travel of the armature.
Die in
Die Elektromagnete
Der in der
Zur einfachen Herstellung der erwähnten Kanäle
Der Anker
Das Magnetventil
Durch eine Bestromung des ersten Elektromagneten
Nachfolgend werden anhand der
In
In der
In
In
Eine im Längsmittelschnitt gemäß
Das in
Zusätzlich oder alternativ zur Verwendung von Dämpfungselementen
Um den Anker
Durch eine Auswertung des Verlaufs der induzierten Spannung
Die Integration der induzierten Spannung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 2, 2', 2''2, 2 ', 2' '
- Magnetventilmagnetic valve
- 44th
- Erster ElektromagnetFirst electromagnet
- 66th
- Zweiter ElektromagnetSecond electromagnet
- 88th
- PermanentmagnetPermanent magnet
- 1010
- Erste MagnetspuleFirst solenoid
- 1212th
- Zweite MagnetspuleSecond solenoid
- 1414th
- Erster SpulenträgerFirst bobbin
- 1616
- Zweiter SpulenträgerSecond bobbin
- 1818th
- Jochyoke
- 18a18a
- JochtopfYoke pot
- 18b18b
- JochdeckelYoke cover
- 2020th
- ZentralbohrungCentral bore
- 2222nd
- Erster KernFirst core
- 2424
- ZentralbohrungCentral bore
- 2626th
- Zweiter KernSecond core
- 2828
- AnkerführungshülseAnchor guide sleeve
- 30, 30'30, 30 '
- Ankeranchor
- 32, 32'32, 32 '
- Innere StirnwandInner front wall
- 3434
- AußenhülseOuter sleeve
- 3636
- BuchseRifle
- 3838
- ZentralkanalCentral channel
- 4040
- RingkanalRing channel
- 4242
- VentilsitzValve seat
- 4444
- ZentralbohrungCentral bore
- 4646
- RadialbohrungRadial bore
- 4848
- InnenabschnittInterior section
- 5050
- AußenabschnittOuter section
- 5252
- Erste Stirnwand des AnkersFirst end wall of the anchor
- 5454
- Zweite Stirnwand des AnkersSecond end wall of the anchor
- 56, 56'56, 56 '
- DichtungselementeSealing elements
- 58, 58'58, 58 '
- DämpfungselementeDamping elements
- 6060
- AnschlussleitungConnecting cable
- 6262
- LuftfederAir spring
- 6464
- Erste RingnutFirst ring groove
- 6666
- Zweite RingnutSecond ring groove
- 6868
- Erster O-RingFirst O-ring
- 7070
- Zweiter O-RingSecond O-ring
- 7272
- AnschlussleitungConnecting cable
- 7474
- ZusatzkammerAdditional chamber
- 7676
- RichtungspfeilDirection arrow
- 7878
- RichtungspfeilDirection arrow
- 8080
- DämpfungselementDamping element
- 8282
- DurchgangsbohrungThrough hole
- 8484
- Drosselelement, BlechscheibeThrottle element, sheet metal disc
- 8686
- DrosselbohrungThrottle bore
- 8888
- IntegrationsschaltungIntegration circuit
- 9090
- OperationsverstärkerOperational amplifier
- CC.
- Kondensator, KapazitätCapacitor, capacitance
- EM1EM1
-
Elektromagnetfeld von Elektromagnet
4 Electromagnetic field from electromagnet4th - EM2EM2
-
Elektromagnetfeld von Elektromagnet
6 Electromagnetic field from electromagnet6th - FbrFbr
-
Bremskraft eines Elektromagneten
4 ,6 Braking force of an electromagnet4th ,6th - Fkomp F comp
-
Gegenkraft eines Elektromagneten
4 ,6 Counterforce of an electromagnet4th ,6th - Fmag-1 F mag-1
-
Stellkraft, Zugkraft des Elektromagneten
4 Actuating force, tensile force of the electromagnet4th - Fmag-2 F mag-2
-
Stellkraft, Zugkraft des Elektromagneten
6 Actuating force, tensile force of the electromagnet6th - Fperm-1 F perm-1
-
Erste Haltekraft von Permanentmagnet
8 First holding power of permanent magnet8th - Fperm-2 F perm-2
-
Zweite Haltekraft von Permanentmagnet
8 Second holding force from permanent magnet8th - Fspring F jump
-
Druckkraft von Hauptluftvolumen
V0 Compression force of main air volumeV 0 - Fvol F vol
-
Druckkraft von Zusatzluftvolumen
V1 Pressure force of additional air volumeV 1 - IK I K
- Strom, KompensationsstromCurrent, compensation current
- IS I S
- Strom, SchaltstromCurrent, switching current
- NN
- Magnetpol, magnetischer NordpolMagnetic pole, magnetic north pole
- PM1PM1
-
Erstes Permanentmagnetfeld von Permanentmagnet
8 First permanent magnetic field from permanent magnet8th - PM2PM2
-
Zweites Permanentmagnetfeld von Permanentmagnet
8 Second permanent magnetic field from permanent magnet8th - RR.
- Ohmscher WiderstandOhmic resistance
- SS.
- Magnetpol, magnetischer SüdpolMagnetic pole, magnetic south pole
- tt
- Zeittime
- t1 t 1
- Erster ZeitpunktFirst point in time
- t2 t 2
- Zweiter ZeitpunktSecond point in time
- TE T E
- Periode der EigenfrequenzPeriod of the natural frequency
- TS T S
- Dauer des SpannungsimpulsesDuration of the voltage pulse
- UbrUbr
- Spannung, BremsspannungVoltage, brake voltage
- Ucut U cut
- Integrierte Spannung, AusgangsspannungIntegrated voltage, output voltage
- Uind U ind
- Induzierte Spannung, EingangsspannungInduced voltage, input voltage
- US U S
- Spannung, SchaltspannungVoltage, switching voltage
- V0 V 0
- HauptluftvolumenMain air volume
- V1 V 1
- ZusatzluftvolumenAdditional air volume
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: OHLENDORF, HENRIKE, DR. RER. NAT. M.SC., DE |