DE10222194A1

DE10222194A1 - Elektromagnetventil, insbesondere für hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen

Info

Publication number: DE10222194A1
Application number: DE2002122194
Authority: DE
Inventors: Christian Schulz; Christoph Voss
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2001-10-20
Filing date: 2002-05-18
Publication date: 2003-11-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, das als elektromagnetisch stromlos geschlossenes Zweistufenventil ausgeführt ist, mit einer über den Ventilstößel (10) elektromagnetisch betätigten Drossel- bzw. Vorsteuerstufe (erster Druckmitteldurchgang 4) und einer drosselfreien Hauptstufe (zweiter Druckmitteldurchgang 5), die durch die zweite Druckfeder (2) mechanisch zu öffnen ist, sobald sich bei geöffneter Vorsteuerstufe ein hydraulischer Druckausgleich am Ventilkolben (11) einstellt, wobei die zweite Druckfeder (2) zwischen dem Ventilkolben (11) und dem Ventilgehäuse (13) angeordnet ist, so daß sich ein vereinfachter Gesamtaufbau ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und stellt eine weitere Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung nach Patent . . . [Patentanmeldung Aktenzeichen: 101 51 808.0] dar.
Aus der DE 197 44 317 C2 ist bereits ein Elektromagnetventil der gattungsbildenden Art bekannt, dessen erster Druckmitteldurchgang von einer federbelasteten Kugel in einem Ventilkolben verschlossen ist. Die Kugel wird zur Freigabe des ersten Druckmitteldurchgangs von einem abgesetzten Ventilstößel betätigt, dessen Absatz sich mit zunehmendem Stößelhub dem Ventilkolben nähert, so daß der Durchfluß zwischen dem Absatz am Ventilstößel und dem Ventilkolben gedrosselt wird. Gelangt der Ventilstößel infolge der elektromagnetischen Betätigung mit seinem Absatz zur Anlage am Ventilkolben, so hebt der Ventilkolben entgegen der Wirkung einer Druckfeder von seinem Ventilsitz im Ventilgehäuse ab, wodurch ein zweiter Druckmitteldurchgang freigegeben wird. Der Ventilkolben läßt sich zwangsläufig nur elektromagnetisch betätigen, so daß bei unzureichender elektromagnetischer Erregung der Ventilstößel den zweiten Druckmitteldurchgang nicht öffnet.
Bei dem in der Hauptanmeldung beschriebenen Elektroventil hat es sich gezeigt, daß der Druckmitteldurchgang aufgrund der aufwendigen Bauform zu gering ist. Ein weiterer, erheblicher Nachteil ergibt sich durch die Notwendigkeit zur Anordnung drei unterschiedlicher Schraubenfedern, was den Montage- und Einstellungsaufwand erhöht.
Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, durch eine Optimierung der Bauform die vorgenannten Nachteile des aus der Hauptanmeldung hervorgegangenen Elektromagnetventils zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetventil der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale, Vorteile und zweckmäßige Ausgestaltungsvarianten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor und werden im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt ein Elektromagnetventil, das insbesondere für hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen mit Radschlupfregelung geeignet ist. Das Elektromagnetventil weist ein aus Drehteilen bestehendes Ventilgehäuse 13 auf, in dem ein mit einem Magnetanker 12 verbundener Ventilstößel 10 auf ein kugelförmiges Ventilschließglied 6 gerichtet ist, das in einem topfförmigen Ventilkolben 11 positioniert ist.
Das im Ventilkolben 11 angeordnete Ventilschließglied 6 versperrt in seiner Grundstellung einen entlang der Innenwand des Ventilkolben 11 geführten Strömungsweg zu einem ersten Druckmitteldurchgang 4. Ein zwischen dem Ventilgehäuse 13 und dem Ventilkolben 11 angeordneter zweiter Druckmitteldurchgang 5 ist durch den an einem Dichtsitz 19 im Ventilgehäuses 13 normalerweise anliegenden Ventilkolben 11 in der Grundstellung gleichfalls verschlossen. Der Dichtsitz 19 ist durch eine Bohrungsstufe im Ventilgehäuse 13 kostengünstig hergestellt.
Zur Positionierung des Ventilschließgliedes 6 und des Ventilkolbens 11 in der abbildungsgemäßen Ruheposition, in der die beiden Druckmitteldurchgänge 4, 5 verschlossen sind, ist eine in den Ventilkolben 11 ragende erste Druckfeder 1 vorgesehen, die sich am kugelförmigen Ventilschließglied 6 mit ihrem einen Federende abstützt, so daß zwangsläufig über das am Ventilkolben 11 anliegende Ventilschließglied 6 auch der Ventilkolben 11 gegen den Dichtsitz 19 druckmitteldicht gepreßt ist. Das andere Federende der ersten Druckfeder 1 stützt sich an einem am unteren Ende des Ventilgehäuses 13 befestigten ersten Führungstopf 9 mit einem ersten Federanschlag 9 ab. Der erste Führungstopf 9 ist mit einer ersten Durchlaßöffnung 8 versehen, die eine Verbindung des Einlaßkanals 17 zum ersten Druckmitteldurchgang 4 bei geöffnetem Ventilschließglied 6 ermöglicht. Ferner weißt der erste Führungstopf 9 eine großflächige, z. B. nierenförmige, zweite Durchlaßöffnung 21 auf, die einen strömungsgünstigen Durchlaß des Druckmittels vom Einlaßkanal 17 zum Auslaßkanal 20 bei einem geöffneten zweiten Druckmitteldurchgang 5 ermöglicht.
Die zweite Druckfeder 2, die in Reihe zur ersten Druckfeder 1 durch einen zweiten Führungstopf 3 mit einem zweiten Federanschlag 3' im Ventilkolben 11 selbstzentrierend angeordnet ist, wirkt in entgegengesetzter Richtung zur ersten Druckfeder 1 öffnend auf den Ventilkolben 11. Die gegenüber der ersten Druckfeder 1 relativ weiche zweite Druckfeder 2 bewirkt, daß der Ventilkolben 11 den zwischen dem Dichtsitz 19 im Ventilgehäuse 13 und der Außenkontur des Ventilkolbens 11 vorgesehene zweite Druckmitteldurchgang 5 dann freigibt, wenn das Ventilschließglied 6 durch das Eintauchen des schlanken Ventilstößels 10 in die Bohrung der Ventilplatte 16, verbunden mit dem Ventilkolben 11, von seinem Ventilsitz 7 abgehoben ist. Hierdurch pflanzt sich nämlich zunächst der unterhalb des Ventilschließgliedes 6 anstehende hydraulische Eingangsdruck über den ersten Druckmitteldurchgang 4 auf die Oberseite des Ventilkolbens 11 fort, wodurch sich ein hydraulischer Druckausgleich am Ventilkolben 11 einstellt. Dieser hydraulische Druckausgleich ist die Voraussetzung dafür, daß schließlich der Ventilkolben 11 unter der Wirkung der zweiten Druckfeder 2 von dem Dichtsitz 19 abhebt, so daß sich der Ventilkolben 11 gleichsinnig zum elektromagnetisch initiierten Betätigungshub des Ventilstößels 10 nach unten bewegt. Folglich gibt der Ventilkolben 11 den drosselfreien, groß dimensionierten zweiten Druckmitteldurchgang 5 in Richtung des Auslaßkanals 20 im Ventilgehäuse 13 ohne eine weitere elektromagnetische Betätigung des Ventilstößels 10 frei. Mit der Abwärtsbewegung des Ventilkolbens 11 nähert sich der Boden des Ventilkolbens 11 wieder allmählich dem vom Ventilstößel 10 aufgestoßenen Ventilschließglied 6, was allerdings aufgrund der Freigabe des großvolumigen zweiten Druckmitteldurchgangs 5 keinen negativen Einfluß auf die gewünschte Funktion des Elektromagnetventils ausübt.
Sobald die elektromagnetische Wirkung der Ventilspule 22 auf den Magnetanker 12 durch das Abschalten des Ventilspulenstroms unterbrochen ist, bewegt die stärkere erste Druckfeder 1 das Ventilschließglied 6 und den Ventilstößel 10 gegen de schwächere zweite Druckfeder 2 in Richtung der abbildungsgemäßen Ausgangsstellung, so daß der Ventilkolben 11 unter der Wirkung der ersten Druckfeder 1 wieder den zweiten Druckmitteldurchgang 5 versperrt.
Die erste und die zweite Druckfeder 1, 2 sind in Reihe zueinander innerhalb und außerhalb des topfförmigen Ventilkolbens 11 angeordnet. Vorteilhaft ist, daß die zweite Druckfeder 2 am oberen Ende direkt im Ventilgehäuse 13 und am unteren Ende mittels eines zweiten Führungstopf 3 mit Federanschlag 3' geführt ist. Hierdurch muß beim elektrischen Schalten des Ventilankers 12 in die geöffnete Ventilstellung nicht gegen die zweite Druckfeder 2 geschaltet werden, da diese sich am Ventilgehäuse 13 abstützt. Somit muß nur die Druckdifferenz am ersten Druckmitteldurchgang 4 überwunden werden, was die benötigte Schaltkraft verringert. Durch die Verwendung eines ersten Führungstopfes 9 und der Anbringung der zweiten Druckfeder 2 oberhalb des Ventilkolbens 11 läßt sich überdies der Ventilkolben 11 klein und widerstandsarm gestalten, was zu einer Verbreiterung des Strömungswegs führt. Der erste Führungstopf 9 ist unterhalb seiner seitlichen Abstützfläche an dem Dichtsitz 19 mit mindestens einer großzügig bemessenen zweiten Durchlaßöffnung 21 versehen, die einen ungestörten Strömungsweg vom Einlaßkanal 17 zum zweiten Druckmitteldurchgang 5 ermöglicht. Zur Abstützung an dem Dichtsitz 19 und zur Hindurchführung des Strömungswegs ist die Mantelfläche des ersten Führungstopfs 9 im Bereich oberhalb der Öffnung 21 seitlich auf das Innenmaß des Dichtsitzes 19 aufgeweitet.
Der erste Führungstopf 9 ist mit dem Ventilkolben 11, dem Ventilschließglied 6, dem zweiten Führungstopf 3, der Ventilplatte 16 und der ersten Druckfedern 1 als vormontierte Einheit in einen unterhalb des Auslaßkanals 20 erweiterten Dichtsitz 19 im Ventilgehäuse 13 eingesetzt. Diese Einheit besitzt mindestens eine erste Durchlaßöffnung 8, die eine Verbindung zwischen dem Einlaßkanal 17 und dem ersten Druckmitteldurchgang 4 herstellt.
In vorliegendem Ausführungsbeispiel ist die oben genannte Einheit mit einem Filter 15 versehen. Das Filter 15 verhindert das Eindringen von Schmutz über den Einlaßkanal 17 in das in einem Ventilträger 18 eingestemmte Ventilgehäuse 13. Der Einlaßkanal 17 steht mit einem Hauptbremszylinder einer hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage in Verbindung. Durch die Ausführung des Filters 15 als Topf- oder Stabfilter ergibt sich eine besonders große Filterfläche, die auch im Langzeitbetrieb wiederstandsarm durchströmt werden kann. Alle beschriebenen Bauteile befinden sich in koaxialer Anordnung entsprechend der im Längsschnitt durch das Elektromagnetventil nach Fig. 1 gezeigten Ventilachse. Der Ventilstößel 10 ist von oben mit dem Magnetanker 12 in das Ventilgehäuse 13 eingeführt und mittels einer domförmigen Ventilhülse 14 von oben eingestellt und verschlossen. Hingegen sind der erste Führungstopf 9, der Ventilkolben 11, das Ventilschließglied 6, der zweite Führungstopf 3, die Ventilplatte 16 und die erste Druckfeder 1 als vormontierte Einheit, und die zweite Druckfeder 2 aus der entgegengesetzten Richtung, (d. h. von unten) in den erweiterten Bereich des Dichtsitzes 19 automatengerecht eingefügt und mittels dem Filter 15 diametral zum Ventilstößel 10 im Ventilgehäuse 13 ausgerichtet.
Bei dem abgebildeten Elektromagnetventil handelt es sich somit um ein elektromagnetisch stromlos geschlossenes Zweistufenventil, mit einer über den Ventilstößel 10 elektromagnetisch betätigten Drossel- bzw. Vorsteuerstufe (erster Druckmitteldurchgang 4) und einer drosselfreien Hauptstufe (zweiter Druckmitteldurchgang 5), die durch die zweite Druckfeder 2 mechanisch zu öffnen ist, sobald sich bei geöffneter Vorsteuerstufe ein hydraulischer Druckausgleich am Ventilkolben 11 einstellt. Über die beiden Druckmitteldurchgänge 4, 5 läßt sich somit eine hydraulische Verbindung zwischen dem am Einlaßkanal 17 angeschlossenen Hauptbremszylinder und einer an dem Auslaßkanal 20 angeschlossenen Saugseite einer Pumpe herstellen, die das Druckmittel über Druckmodulationsventile zu den Radbremsen einer Kfz-Bremsanlage fördert.
Das Elektromagnetventil weist miniaturisierte, einfache und strömungstechnisch widerstandsarme Bauteile auf, die mit minimalem elektrischen Aufwand eine Aktivierung des drosselfreien zweiten Druckmitteldurchgangs 5 ermöglichen. Bezugszeichenliste 1 erste Druckfeder
2 zweite Druckfeder
3 zweiter Führungstopf
3' zweiter Federanschlag
4 erster Druckmitteldurchgang
5 zweiter Druckmitteldurchgang
6 Ventilschließglied
7 Ventilsitz
8 erste Durchlaßöffnung
9 erster Führungstopf
9' erster Federanschlag
10 Ventilstößel
11 Ventilkolben
12 Magnetanker
13 Ventilgehäuse
14 Ventilhülse
15 Filter
16 Ventilplatte
17 Einlaßkanal
18 Ventilträger
19 Dichtsitz
20 Auslaßkanal
21 zweite Durchlaßöffnung
22 Ventilspule

Claims

1. Elektromagnetventil, insbesondere für hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein mit einem Magnetanker verbundener Ventilstößel auf ein Ventilschließglied wirkt, das in seiner Grundstellung einen in einem Ventilkolben angeordneten ersten Druckmitteldurchgang versperrt und mit einem zweiten Druckmitteldurchgang, der durch den an einem Dichtsitz des Ventilgehäuses normalerweise anliegenden Ventilkolben verschlossen ist, sowie mit einer ersten und einer zweiten Druckfeder, wovon die erste Druckfeder das Ventilschließglied zum Verschluß des im Ventilkolben angeordneten ersten Druckmitteldurchgangs auf einen Ventilsitz im Ventilkolben hält, wobei die zweite Druckfeder in entgegengesetzter Richtung zur ersten Druckfeder auf den Ventilkolben wirkt, so daß der Ventilkolben unter der Wirkung der zweiten Druckfeder den zweiten Druckmitteldurchgang freigibt, sobald zur Fortpflanzung eines hydraulischen Drucks über den ersten Druckmitteldurchgang das Ventilschließglied vom Ventilsitz abgehoben ist, nach Patent. . . (Patentanmeldung Aktenzeichen: 101 51 808.0), dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckfeder (2) oberhalb des Ventilkolbens (11) angeordnet ist, die zwischen dem Ventilkolben (11) und dem Ventilgehäuse (13) eingespannt ist.

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweite Druckfeder (2) mit ihrem zum Ventilkolben (11) zugewandten Federende an einem zweiten Federanschlag (3') abstützt, der mittels eines zweiten Führungstopfs (3) am Ventilkolben (11) angeordnet ist.

3. Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Führungstopf (3) an seinem Topfboden eine Öffnung aufweist, durch die der Ventilstößel (10) in Richtung des vorzugsweise kugelförmigen Ventilschließgliedes (6) ausgerichtet ist.

4. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilgehäuse (13) ein erster Führungstopf (9) mit einem ersten Federanschlag (9') angeordnet ist, der mit dem Ventilkolben (11), dem Ventilsitz(4), dem mit dem zweiten Federanschlag (3') versehenen zweiten Führungstopf (3), dem Ventilschließglied (6), der ersten Druckfeder (1) und der zweiten Druckfeder (2) als vormontierte Einheit in einer den Dichtsitz (19) aufweisenden Bohrungsstufe des Ventilgehäuses (13) eingesetzt sind, wobei die vormontierte Einheit von einem Filter (15) am Ventilgehäuse (13) überdeckt ist.

5. Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich im ersten Führungstopf (9) mindestens eine erste Durchlaßöffnung (8), und parallel dazu mindestens eine großflächige zweite Durchlaßöffnung (21) befinden, wobei die erste Durchlaßöffnung (8) eine kleinere Druckmittelverbindung vom Einlaßkanal (17) zum ersten Druckmitteldurchgang (4) ermöglicht als die Durchlaßöffnung (21) und wobei die zweite Durchlaßöffnung (21) den Einlaßkanal (17) mit dem zweiten Druckmitteldurchgang (5) verbindet.

6. Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (4) an einer Ventilplatte (16) ausgebildet ist, die im Ventilkolben (11) positioniert ist.