DE102019215210A1

DE102019215210A1 - Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen

Info

Publication number: DE102019215210A1
Application number: DE102019215210.4A
Authority: DE
Inventors: Marc Lenz; Daniel Cvetanovic; Christian Courth; Heiko Gensert; Holger Kollmann
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2021-04-08
Also published as: KR20220049574A; WO2021063866A1; CN114514393A; CN114514393B; US20220373096A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, mit einem in einer Durchgangsbohrung (7) eines Ventilgehäuses (8) mit kleinem Laufspiel geführten Ventilstößel (1), der mit seinem Ventilschließglied (5) infolge der Anordnung einer Rückstellfeder (11) in einer einen Ventildurchlass in einem Ventilsitz (9) freigebenden Grundstellung verharrt, welcher zwischen einem Einlass- und einem Auslasskanal (4, 10) angeordnet ist, sowie mit einem zur elektromagnetischen Betätigung des Ventilstößels (1) vorgesehenen Magnetanker (12) im Ventilgehäuse (8). Zwischen der Durchgangsbohrung (7) und dem Ventilsitz (9) ist eine permanent mit dem Einlasskanal (4) verbundene Einlasskammer (3) im Ventilgehäuse (8) vorgesehen, in die der Ventilstößel (1) mit seinem Stufenabschnitt (2) eintaucht, um infolge einer hydraulischen Beaufschlagung mit dem Druckmittel des Einlasskanals (4) eine entgegengesetzt zur Schließrichtung des Ventilstößels (1) wirksame Axialkraft am Ventilstößel (1) zu erzeugen.

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 bekannt geworden, bestehend aus einem Magnetanker zur Betätigung eines entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder betätigbaren Ventilstößels in einem rohrförmigen Ventilgehäuse, das einen Druckmitteldurchlass in einem rohrförmigen Ventilsitzkörper aufweist, welcher bei Erregung des Magnetankers mittels des stößelförmigen Ventilstößels verschlossen ist, wobei sich der Ventilstößel innerhalb einer Durchgangsbohrung im Ventilgehäuse durch die schraubenförmige Rückstellfeder erstreckt, die sich an einer im Bereich der Durchgangsbohrung ausgebildeten Stirnfläche und dem Magnetanker abstützt.
Die Konstruktion hat jedoch den Nachteil, dass der Ventilstößel durch das über einen Einlasskanal in das Ventilgehäuse einströmende hydraulische Druckmittel unter ungünstigen Bedingungen zu unerwünschten Schwingungen neigt, die zu einem unstetigen Durchfluss führen können.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass der vorgenannte Nachteil vermieden wird.
Diese Aufgabe wird für ein Elektromagnetventil der angegebenen Art erfindungsgemäß durch die den Patentanspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand zweier Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Elektromagnetventil, das in einem geringen Abstand vom Ventilschließglied am Ventilstößel einen rechtwinkligen Stufenabschnitt aufweist,
2 eine abschnittweise Darstellung eines Elektromagnetventils im Längsschnitt mit einem alternativ zu 1 abgeänderten, bevorzugt kegelförmig gestalteten Stufenabschnitt am Ventilstößel.

Die 1 zeigt in einer vergrößerten Ansicht ein Elektromagnetventil im Längsschnitt, das bevorzugt für schlupfgeregelte hydraulische Kraftfahrzeug-Bremsanlagen verwendet wird. Das Elektromagnetventil weist zur Betätigung eines Ventilstößels 1 einen Magnetanker 12 in einer auf einem rohrförmigen Ventilgehäuse 8 aufgesetzten Kappe 13 auf. Unter der Wirkung einer zwischen dem Magnetanker 12 und dem Ventilgehäuse 8 angeordneten Rückstellfeder 11 verharrt der Magnetanker 12 im elektromagnetisch nicht erregten Zustand auf Anschlag an der domförmig geschlossenen Kappe 13, sodass der mit dem Magnetanker 12 verbundene Ventilstößel 1 einen Druckmitteldurchlass innerhalb eines Ventilsitzes 9 freigibt.
Der Ventilstößel 1 ist mit geringem Radialspiel in einer Durchgangsbohrung 7 präzise in Richtung des Ventilsitzes 9 geführt. In der Durchgangsbohrung 7 ist ein Absatz in Form einer Bohrungsstufe vorgesehen, an der sich die Rückstellfeder 11 in der elektromagnetisch nicht erregten Stellung ohne mechanische Vorspannung mit ihrem vom Magnetanker 12 abgewandten Ende abstützt.
Der Ventilsitz 9 befindet sich zwischen einem Einlass- und einem Auslasskanal 4, 10, wobei bevorzugt beide Kanäle als Vertikalkanäle in das Ventilgehäuse 8 einmünden und zur Vermeidung von Schmutzeintrag durch Filterelemente 14 geschützt sind.
In vorliegendem Ausführungsbeispiel ist der Magnetanker 12 innerhalb der austenitischen, hülsenförmig gestalteten Kappe 13 mit kleinem Radialspiel aufgenommen, die mit dem dickwandigen, rohrförmigen Ventilgehäuse 8 verschweißt ist, das die sichere Befestigung in einer Ventilaufnahmebohrung eines nicht dargestellten Ventilaufnahmekörpers gewährleistet.
Die Kappe 13 ist bevorzugt durch Tiefziehen von Dünnblech hergestellt, während die Kontur des rohrförmigen Ventilgehäuses 1 durch Kaltschlagen oder Kaltfließpressen aus einem Stahlrohling gefertigt ist, der zur Darstellung des Magnetkreises ein ferritisches Werkstoffgefüge aufweist.
Zwischen der Durchgangsbohrung 7 und dem Ventilsitz 9 ist eine permanent mit dem Einlasskanal 4 verbundene Einlasskammer 3 im Ventilgehäuse 1 vorgesehen, die begrenzt durch die Innenwand des Ventilgehäuses 1 und den Ventilstößel 1 einen Ringraum bildet, in den das Druckmittel durch die Ausrichtung des Einlasskanals 4 und die Form der Einlasskammer 3 in der geöffneten Schaltstellung des Ventilstößels 1 im Wesentlichen axial eintritt.
In der abgebildeten, elektromagnetisch nicht erregten Ventilgrundstellung verharrt somit der Ventilstößel 1 gegenüber dem Ventilsitz 9 in einem den Druckmitteldurchlass freigebenden Axialabstand, wobei eine ungehinderte hydraulische Verbindung zwischen dem jeweils oberhalb und unterhalb des Ventilsitzes in das Ventilgehäuse 1 einmündenden Kanäle (Einlasskanal 4, Auslasskanal 10) gewährleistet sein muss.
Zur Erzeugung einer entgegengesetzt zur Schließrichtung des Ventilstößels 1 durch das einströmende Medium hervorgerufenen Axialkraft weist der Ventilstößel 1 einen Stufenabschnitt 2 auf, dessen Stirnfläche folglich beim Eintauchen in die Einlasskammer 3 über das in den Einlasskanal 4 zugeführte Druckmittel beaufschlagt wird, sodass der Ventilstößel 1 in seiner elektromagnetisch nicht betätigten Grundstellung nicht zu unerwünschten Vertikalschwingungen angeregt werden kann, die den Durchfluss in Richtung des Auslasskanals 10 unter Umständen behindern würden.
Wie aus den 1 und 2 hervor geht, ist der Stufenabschnitt 2 in einem Axialabstand Y zum bevorzugt kugelförmigen (oder strömungstechnisch weniger günstigeren kegelförmigen) Ventilschließglied 5 am Ventilstößel 1 angeordnet, wobei abbildungsgemäß der Axialabstand Y mindestens so groß ist, wie die vertikale Weite W der Einmündung 6 des Einlasskanals 4 in die Einlasskammer 3.
Außer dem zwischen dem Stufenabschnitt 2 und dem Ventilschließglied 5 vorgesehenen Axialabstand Y beeinflusst die Form des Übergangs des Stößeldurchmessers auf das Ventilschließglied 5 das unerwünschte Schwingungsverhalten des Ventilschließgliedes 5, weshalb der Übergang zwischen dem Stößeldurchmesser und dem Ventilschließglied 5 möglichst stetig erfolgen sollte. Die in den 1 und 2 abgebildete Halbkugelform des Ventilschließgliedes 5 stellt deshalb strömungstechnisch eine bevorzugte Lösung dar.
Grundsätzlich gilt, dass der Stufenabschnitt 2 zwischen der Oberkante der Einmündung 6 des Einlasskanals 4 in die Einlasskammer 3 und der an die Einlasskammer 3 angrenzenden Durchgangsbohrung 7 am Ventilstößel 1 ausgebildet sein muss, damit eine im Wesentlichen axial bzw. möglichst frontal gerichtete hydraulische Beaufschlagung des Stufenabschnitts 2 durch das Strömungsmedium entgegengesetzt zur Schließrichtung des Ventilstößels 1 erfolgt.
Beide Figuren verdeutlichen, dass der Einlasskanal 4 bis zu seiner radialen Einmündung 6 in die Mantelfläche der Einlasskammer 3 das Ventilgehäuse 8 abschnittsweise parallel zum Ventilstößel 1 in Richtung der Einlasskammer 3 durchdringt, sodass sich (begünstigt durch die in Vertikalrichtung großzügig bemessene Einmündung 6) im Wesentlichen ein axial gerichtetes Stromlinienbild beim Eintritt des Druckmittels in die Einlasskammer 3 ergibt. Folglich erfolgt eine effektive Beaufschlagung des Stufenabschnitts 2 durch das Druckmittel entgegengesetzt zur Schließrichtung des Ventilstößels 1, wodurch eine unbeabsichtigte Abwärtsbewegung und/oder ein Schwingen des Ventilstößels 1 entgegen der Wirkung der Rückstellfeder 11 in Richtung des Ventilsitzes 9 sicher vermieden wird.
Überdies ermöglicht der Stufenabschnitt 2 infolge der Stabilisierung des Ventilstößels 1 eine verbesserte Durchflussrate, sowie infolge der vergleichsweise weichen Rückstellfeder 11 bei Wunsch oder Bedarf auch eine günstige Analogregelung des Ventils.
Infolge der durch das Druckmittel initiierten Beaufschlagung des Stufenabschnitts 2 verharrt in der den Ventilsitz 9 freigebenden Grundstellung des Ventilschließgliedes 5 die Rückstellfeder 11 mechanisch spannungslos zwischen dem Magnetanker 12 und dem Ventilgehäuse 8, sodass sich infolge der geringeren mechanischen Spannkraft der Rückstellfeder 11 der elektrische Strombedarf zum elektromagnetischen Schließen des Ventils signifikant absenken lässt.
Gemäß der 1 weist der Stufenabschnitt 2 die Form einer parallel zum Ventilsitz 9 ausgerichtete Kreisringfläche auf, während in der 2 der Stufenabschnitt 2 durch einen in Richtung des Ventilschließgliedes 5 sich verjüngenden Kegel dargestellt ist, an den sich im Durchmesser angepasst der Ventilstößel 1 in Richtung des Ventilschließgliedes 5 anschließt.
Unabhängig von den zum Stufenabschnitt 2 abgebildeten Ausführungsvarianten weist der Ventilstößel 1 an seinem vom Ventilschließglied 5 abgewandten Bereich einen konstanten, in der Durchgangsbohrung 7 mit minimalem Radialspiel geführten Schaftquerschnitt auf, der jeweils an den maximalen Querschnitt des Stufenabschnitts 2 angepasst ist.
Schließlich wird vorgeschlagen, den Stufenabschnitt 2 in Verbindung mit dem Ventilstößel 1 entweder besonders kostengünstig aus einem mittels Kaltfließpressen oder Kaltschlagen plastisch verformten Stahlrohling oder mittels eines Zerspanungsverfahrens aus einem Automaten-Drehstahl herzustellen.
Bezugszeichenliste

1: Ventilstößel
2: Stufenabschnitt
3: Einlasskammer
4: Einlasskanal
5: Ventilschließglied
6: Einmündung
7: Durchgangsbohrung
8: Ventilgehäuse
9: Ventilsitz
10: Auslasskanal
11: Rückstellfeder
12: Magnetanker
13: Kappe
14: Filterelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014225251 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem in einer Durchgangsbohrung eines Ventilgehäuses mit kleinem Radialspiel geführten Ventilstößel, der infolge der Anordnung einer Rückstellfeder mit seinem Ventilschließglied in einer einen Ventildurchlass in einem Ventilsitz freigebenden Grundstellung verharrt, welcher zwischen einem Einlass- und einem Auslasskanal im Ventilgehäuse angeordnet ist, sowie mit einem zur elektromagnetischen Betätigung des Ventilstößels vorgesehenen Magnetanker im Ventilgehäuse, wobei zwischen der Durchgangsbohrung und dem Ventilsitz eine permanent mit dem Einlasskanal verbundene Einlasskammer im Ventilgehäuse vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (1) einen Stufenabschnitt (2) aufweist, der in die Einlasskammer (3) eintaucht, und dass der Stufenabschnitt (2) eine Stirnfläche aufweist, die über ein in den Einlasskanal (4) einströmendes Druckmittel beaufschlagt ist, um eine entgegengesetzt zur Schließrichtung des Ventilstößels (1) wirksame Axialkraft zu erzeugen.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenabschnitt (2) in einem Axialabstand (Y) zum Ventilschließglied (5) am Ventilstößel (1) angeordnet ist, wobei der Axialabstand (Y) mindestens so groß ist wie die lichte Weite (W) einer Einmündung (6) des Einlasskanals (4) in die Einlasskammer (3).
Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenabschnitt (2) zwischen der Oberkante der Einmündung (6) des Einlasskanals (4) in die Einlasskammer (3) und der an die Einlasskammer (3) angrenzenden Durchgangsbohrung (7) am Ventilstößel (1) ausgebildet ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (4) bis zu seiner radialen Einmündung (6) in die Mantelfläche der Einlasskammer (3) das Ventilgehäuse (8) abschnittsweise parallel zum Ventilstößel (1) in Richtung der Einlasskammer (3) axial durchdringt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenabschnitt (2) die Form eines in Richtung des Ventilschließgliedes (5) verjüngten Kegels aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenabschnitt (2) die Form einer Kreisringfläche aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenabschnitt (2) in Verbindung mit dem Ventilstößel (1) aus einem mittels Kaltfließpressen oder Kaltschlagen plastisch verformten Stahlrohling hergestellt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenabschnitt (2) in Verbindung mit dem Ventilstößel (1) mittels eines Zerspanungsverfahrens aus einem Stahlrohling hergestellt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der den Ventilsitz (9) freigebenden Grundstellung des Ventilschließgliedes (5) die Rückstellfeder (11) mechanisch entspannt zwischen dem Magnetanker (12) und dem Ventilgehäuse (8) verharrt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (1) an seinem vom Ventilschließglied (5) abgewandten Bereich einen Schaftquerschnitt aufweist, der an den maximalen Querschnitt des Stufenabschnitts (2) angepasst ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilschließglied (5) die Kontur einer Halbkugel aufweist, deren Durchmesser an den Durchmesser des Ventilstößels (1) in der Einlasskammer (3) angepasst ist.