DE10253769A1

DE10253769A1 - Elektromagnetisch betätigtes Ventil, insbesondere für hydraulische Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE10253769A1
Application number: DE2002153769
Authority: DE
Inventors: Holger Schmitt; Thilo Koeder; Massimiliano Ambrosi
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP4763233B2; JP2004169921A; FR2847326B1; DE10253769B4; FR2847326A1

Abstract

Ein Ventil (10) weist einen Ventilkörper (16) mit einer Längsbohrung (17), einen mit dem Ventilkörper (16) verbundenen Ventildom (18), einen längsbewegbar im Ventildom (18) aufgenommenen Anker (19) und einen Stößel (36) zum Übertragen einer Ankerbewegung auf ein Schließglied (45) eines Sitzventils (46) auf. Der Stößel (36) ist über die gesamte Länge der Längsbohrung (17) des Ventilkörpers (16) mit geringem radialen Spiel geführt und mantelseitig mit wenigstens zwei, voneinander getrennten Längskanälen (39) versehen. Der Stößel (36) ist durch eine zentrale Bohrung (40) hohl ausgebildet und hat ein in der Bohrung (40) geführtes, bolzenförmiges Schließglied (45). An dem Schließglied (45) sind symmetrisch axial verlaufende Längsnuten (55) angeordnet, über die beim Öffnen des Ventils (10) vom Ventilsitz (47) austretende Flüssigkeitsstrahlen in die zentrale Bohrung (40) geführt werden und eine Ringströmung zum Entlüften des Ankerraums (37) initiieren. Das Ventil (10) ist für hydraulische Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen verwendbar, wo es geräuscharm arbeitet.

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigten Ventil nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.

Es ist schon ein solches elektromagnetisch betätigtes Ventil aus der DE 100 36 576 A1 bekannt, wie es beispielsweise bei einer elektrohydraulischen Bremse (EHB) als Auslassventil eingesetzt werden kann, das stromab eines einem Fahrzeugrad zugeordneten Radbremszylinders in einem Hydroaggregat angeordnet ist. Dieses Ventil umfasst einen Ventilkörper, an den sich ein Ankerraum anschließt, in dem ein Anker längsbeweglich geführt ist. Der Magnetanker ist mit einem Stößel verbunden, welcher den Ventilkörper durchgreift und an dem ein Ventil-Schließglied ausgebildet ist, welches in einem Ventilraum angeordnet ist und mit einem an einem Ventilsitzteil ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Um bei diesem Magnetventil die Geräuschbildung niedrig zu halten, ist der Stößel mit engem Spiel im Ventilkörper geführt und bildet voneinander getrennte Längskanäle zwischen Ventilraum und Ankerraum, so dass eventuell im Ventildom vorhandene Luft durch die Flüssigkeitsströmung möglichst rasch abgebaut werden kann. Bei diesem Ventil kann jedoch beim Einsatz als Auslassventil einer elektrohydraulischen Bremse bei ungünstigen Bedingungen das Problem auftreten, dass bei einem schnellen Druckabbau, d.h. bei einem schnellen Lösen der Bremse, bei noch unzureichender Entlüftung relativ laute, knarzende und damit störende Geräusche entstehen können. Auch arbeitet dieses Ventil mit einem Stößel aus Vollmaterial, dessen Massenträgheit sich bei schnellen Regelvorgängen des Magnetventils nachteilig auswirken kann.

Das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigte Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass bei ihm eine bessere Strömungsführung in der Ventilkammer vorgenommen wird. Beim Öffnen des Ventils aus dem Ventilsitz austretendes Druckmittel wird teilweise gezielt in den hohlen Stößel und weiter zum Ankerraum geleitet. Die der Strömungsführung dienenden Ausnehmungen am Schließglied sind dabei so groß gestaltet, dass sie diesen Vorgang nicht wesentlich behindern. Auf diese Weise wird der hohle Stößel durchströmt, während mit Luft beladenes Druckmittel aus dem Ankerraum außen am Stößel über die Längskanäle zum Auslass geführt wird. Dies ermöglicht eine schnellere Entlüftung des Ankerraums, so dass die Geräuschbildung des Ventils auch bei kritischen Einsatzfällen deutlich gesenkt werden kann. Zudem hat die hohle Bauweise des Stößels und des Schließglieds den Vorteil, dass die Stößelmasse und diejenige des Schließglieds reduziert werden, so dass beim Regelvorgang eine geringere Massenträgheit zu berücksichtigen ist. Weiterhin lassen sich diese Maßnahmen relativ leicht und kostengünstig durchführen, wobei bereits vorhandene Bauteile des Magnetventils weiter verwendbar sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Magnetventils möglich. Besonders vorteilhaft sind Ausbildungen nach den Ansprüchen 2 und 3, wodurch der Aufbau einer Ringströmung um den Anker gezielt unterstützt wird. Der Aufbau einer solchen Ringströmung gewährleistet eine bessere Durchströmung und somit auch Entlüftung des Ankerraumes und führt damit zu einer geräuschlichen Verbesserung beim Arbeiten des Magnetventils. Zweckmäßig sind ferner Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 4 und 5, die besonders günstige Maßnahmen zur Gestaltung des Schließglieds angeben, wodurch bei einfacher Bauweise sich eine gute Strömungsführung erzielen lässt. Der Anspruch 6 gibt eine besonders zweckmäßige Gestaltung des Stößels an, womit bei kostengünstiger, leichter Bauweise gute Durchflusseigenschaften erzielbar sind. Eine Ausbildung gemäß Anspruch 7 ist für die Ausgestaltung der Strömungsführung besonders zweckmäßig. Die im Anspruch 8 angegebene Maßnahme stellt bei der spielarmen Führung des Stößels im Ventilkörper sicher, dass das Schließglied auch bei ungünstigen Toleranzverhältnissen sicher in den Ventilsitz des Sitzventils findet. Zur Entlüftung des Ventildoms ist eine Ausbildung nach Anspruch 9 vorteilhaft. Weitere besonders zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 einen Längsschnitt durch ein elektromagnetisch betätigtes Ventil,
2 als Einzelheit in vergrößertem Maßstab den Bereich der Ventilkammer mit dem Stößel und dem Schließglied,
3 eine perspektivische Darstellung des Stößels nach 1 und
4 eine perspektivische Darstellung des Schließglieds nach 1 in vergrößertem Maßstab.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein in 1 der Zeichnung dargestelltes, elektromagnetisch betätigtes Ventil 10 für hydraulische Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen besteht im Wesentlichen aus zwei Baugruppen, nämlich einem in einer Stufenbohrung 11 eines Ventilblocks 12 befestigten hydraulischen Teil 13 und einem auf dem hydraulischen Teil aufgesteckten elektrischen Teil 14.
Der hydraulische Teil 13 weist einen Ventilkörper 16 mit einer durchgehenden Längsbohrung 17 auf. Auf der Seite des elektrischen Teils 14 ist am Ventilkörper 16 ein Ventildom 18 befestigt. In dem Ventildom 18 ist ein Anker 19 mit längs verlaufenden Nuten 20 längsbewegbar aufgenommen.
In der Stufenbohrung 11 des Ventilblocks 12 ist ein Ventilsitzteil 22 mit einem umfangsseitig angeordneten Dichtring 23 aufgenommen. Dieser trennt eine Zuströmbohrung 24 des Ventilblocks 12 von einer Abströmbohrung 25. Auf der Seite der Zuströmbohrung 24 ist an dem Ventilsitzteil 22 eine Filterscheibe 26 angeordnet. Der mit einer Längsbohrung 27 versehene Ventilsitzteil 22 ist mittels einer Hülse 28 mit dem Ventilkörper 16 verbunden. Die Hülse 28 besitzt mantelseitig eine Bohrung 29.
Die Hülse 28 umschließt eine sich zwischen dem Ventilkörper 16 und dem Ventilsitzteil 22 erstreckende Ventilkammer 31. In dieser ist eine Filterhülse 32 aufgenommen, welche in einen durchmessergrößeren Bohrungsabschnitt 33 der Längsbohrung 17 des Ventilkörpers 16 eingreift. An diesen Bohrungsabschnitt 33 schließt sich ein hohlkegelförmiger bzw. trichterförmiger Übergang 34 zum durchmesserkleineren Teil der Längsbohrung 17 an.
In der Längsbohrung 17 des Ventilkörpers 16 ist ein stiftförmiger, hohler Stößel 36 aufgenommen. Dieser Stößel 36 erstreckt sich von einem den Anker 19 aufnehmenden Ankerraum 37 bis in die Ventilkammer 31. Der Stößel 36 ist über die gesamte Länge des durchmesserkleineren Teils der Längsbohrung 17 mit geringem radialen Spiel längsbewegbar geführt. Wie die 1 in Verbindung mit 3 näher zeigt, in welcher der Stößel 36 als Einzelteil in perspektivischer Weise dargestellt ist, hat der Stößel 36 im Querschnitt im Wesentlichen die Form eines regelmäßigen Vierkants, dessen abgerundete Rippen 38 zur Führung dienen. Durch diese Rippen 38 hat der Stößel 36 mantelseitig vier voneinander getrennte Längskanäle 39, die sich entlang dem Stößel 36 ausgehend von der Ventilkammer 31 bis zum Ankerraum 37 erstrecken. Diese Längskanäle 39 sind in gleichmäßiger Teilung am Stößel 36 angeordnet und in ihrem Querschnitt konkav ausgerundet. Wie 1 mit 3 näher zeigen, weist der Stößel 36 eine durchgehende zentrale Bohrung 40 auf, die sich vom ventilseitigen Ende 41 bis zum ankerseitigen Ende 42 erstreckt und damit dem Stößel 36 einen rohrförmigen Charakter verleiht. Wie insbesondere aus 3 näher zu erkennen ist, weist der Stößel 36 an seinem ankerseitigen Ende 42 zwei symmetrisch angeordnete, stirnseitig offene Ausströmnuten 43 auf, welche einen in der zentralen Bohrung 40 nach oben strömenden Druckmittelstrom radial in den Ankerraum 37 leiten. Durch seine Ausgestaltung lässt sich der Stößel 36 leicht in miniaturisierter Form und als Strangpressteil herstellen.
In der ventildomabgewandten Ventilkammer 31 befindet sich ein Schließglied 45 eines Sitzventils 46. In der 2 ist als Einzelheit diese Ventilkammer 31 mit dem Schließglied 45 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Ferner zeigt die 4 das Schließglied 45 nach 1 in perspektivischer Darstellung. Dieses Sitzventil 46 hat einen am Ventilsitzteil 22 ausgebildeten, hohlkegelförmigen Ventilsitz 47, der mit der Längsbohrung 27 des Ventilsitzteils 22 in flüssigkeitsleitender Verbindung steht. Gegen das Ventilsitzteil 22 weist das Schließglied 45 einen durchmesserkleinen, zylindrischen Abschnitt 48 auf, der scharfkantig in ein dem Ventilsitz 47 zugeordnetes Kugelsegment 49 übergeht. Das Schließglied 45 ist ventilsitzabgewandt mit einem Führungszapfen 51 versehen, mit dem es, gleichachsig zum Stößel 36 verlaufend, mit großem radialen Spiel in diesen eingreift. Wie besonders 2 und 4 näher zeigen, weist das Schließglied 45 angrenzend an den Abschnitt 48 einen kegelförmigen Abschnitt 52 auf, der über eine Schulter 53 in einen Bund 54 übergeht, an dem der Führungszapfen 51 angrenzt. Das Schließglied 45 weist nun symmetrisch längs des Umfangs verteilt vier Längsnuten 55 auf, die sich im Bereich des kegelförmigen Abschnitts 52, des Bundes 54 und des Führungszapfens 51 erstrecken. Da der Stößel 36 in die Ventilkammer hinein ragt, zumindest bis in den Bereich des hohlkegelförmigen Übergangs 34 mit einer im Querschnitt trichterförmigen Verengung, steht die Ventilkammer 31 über die Längsnuten 55 mit der zentralen Bohrung 40 im Stößel 36 in strömungsgünstiger Weise in Verbindung.
In der Ventilkammer 31 ist außerdem eine Rückstellfeder 57 in Form einer Schraubendruckfeder aufgenommen, welche einerseits am Ventilsitzteil 22 und andererseits an der Schulter 53 des Schließglieds 45 mit Vorspannung angreift. Unter der Wirkung der Rückstellfeder 57 sind das Schließglied 45, der Stößel 36 und der Anker 19 kraftschlüssig aneinander abgestützt. Wie in 1 dargestellt, nimmt das Sitzventil 46 seine Offenstellung ein, in welcher das Schließglied 45 über den Stößel 36 den Anker 19 im Anschlag am Ventildom 18 hält.
Der elektrische Teil 14 des Ventils 10 umschließt im Wesentlichen den aus dem Ventilblock 12 aufragenden Ventilkörper 16 mit Ventildom 18 und Anker 19. Der elektrische Teil 14 besteht aus einer Spule 58 mit einer elektrischen Wicklung 59, welche von einem magnetflussleitenden Gehäuse 60 mit Jochringscheibe 61 umschlossen ist. In Verbindung mit dem elektrischen Teil 14 ist der Ventilkörper 16 zugleich Polkern des Ventils 10.
Das Ventil 10 ist durch Bestromen der elektrischen Wicklung 59 und damit Erzeugen einer Magnetkraftwirkung auf den Anker 19 betätigbar. Die Magnetkraft bewirkt eine Bewegung des Ankers 19 gegen den Ventilkörper 16. Die Ankerbewegung wird über den hohlen Stößel 36 auf das Schließglied 45 übertragen. Hierdurch ist das Sitzventil 46 aus der gezeichneten Offenstellung in die Schließstellung schaltbar, in welcher das Kugelsegment 49 am Ventilsitz 47 angreift, oder durch Stromsteuerung in beliebige Zwischenstellungen überführbar ist. Bei geöffnetem Sitzventil 46 ist die Zuströmbohrung 24 des Ventilblocks 12 mit der Abströmbohrung 25 verbunden. Druckmittel kann dabei von der Zuströmbohrung 24 durch die Längsbohrung 27 des Ventilsitzteils 22, den Ventilsitz 47, die Ventilkammer 31, die Filterhülse 32 und die Bohrung 29 in der Hülse 28 zu der Abströmbohrung 25 fließen. Mit der flüssigkeitsgefüllten Ventilkammer 31 steht der Ankerraum 37 im Ventildom 18 durch die Längskanäle 39 außen am Stößel 36 sowie durch die zentrale Bohrung 40 im Stößel 36 in flüssigkeitsleitender Verbindung.
Vor allem bei der Erstbefüllung der Bremsanlage kann sich Luft im Ankerraum 37 des Ventildoms 18 befinden. Diese Luft wird in folgender Weise aus dem Ventildom 18 verdrängt:
Bei aus der Schließstellung heraus sich öffnendem Sitzventil 46 gelangen aus dem Ventilsitz 47 austretende Flüssigkeitsstrahlen in die Ventilkammer 31 und dabei auch in Richtung des gegenüberliegenden trichterförmigen Übergangs 34. Dabei ermöglichen die Längsnuten 55 beim Öffnen des Ventils eine gezielte Führung zumindest eines Teils dieser aus dem Ventilsitz 47 austretenden Flüssigkeitsstrahlen und damit eine Strömung des Druckmittels hinein in die zentrale Bohrung 40 des Stößels 36. Die Querschnittsflächen der Längsnuten 55 sind dabei groß genug ausgelegt, dass ausreichend Druckmittel in die Bohrung 40 des Stößels 36 eindringen kann. Durch die Bohrung 40 gelangt Druckmittel im Stößel 36 zu dessen ankerseitigem Ende 42, wo es durch die radial verlaufenden Ausströmnuten 43 in den Ankerraum 37 gelangt. Dabei wird mit Hilfe der zwei symmetrisch angeordneten Ausströmnuten 43 im Stößel 36 der Aufbau einer Ringströmung um den Anker 19 herum gezielt unterstützt. Mit Hilfe dieser Strömung wird der Ankerraum 37 besser durchspült und damit auch besser entlüftet. Somit kann die Luft aus dem Ankerraum 37 über die vier Längskanäle 39 an der äußeren Mantelfläche des vierkantförmigen Stößels 36 in den Ventilraum 31 und weiter zur Abströmbohrung 25 befördert werden. Durch den Aufbau dieser Ringströmung wird eine bessere Durchströmung gewährleistet und damit ein schnelleres Erreichen von Luftfreiheit im Ventil, wodurch dessen Geräuschverhalten erheblich verbessert wird. Der Aufbau dieser Ringströmung wird noch dadurch unterstützt, dass die von den Längsnuten 55 im Schließglied 45 gebildeten Öffnungen in die zentrale Bohrung 40 hinein auf einem relativ kleinen Durchmesser liegen, insbesondere innerhalb des Außendurchmessers des Ventilsitzes 47 und zudem innerhalb des Durchmessers der Rückstellfeder 57, so dass die Impulse der Flüssigkeitsstrahlen für die Ringströmung gut genutzt werden können.
Vorteilhaft für die Arbeitsweise des Ventils 10 ist ferner, dass durch die zentrale Bohrung 40 die Masse des Stößels 36 erheblich reduziert wird und auch die Längsnuten 55 im Schließglied zu einer leichteren Bauweise führen; die geringere Massenträgheit führt zu Vorteilen bei schnellen Regelvorgängen des Ventils 10.
Selbstverständlich sind an der gezeigten Ausführungsform Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So lässt sich beim Stößel 36 an Stelle der Vierkantform auch eine Dreikantform oder Sechskantform verwenden. Auch die Längsnuten 55 im Schließglied 45 sowie die Ausströmnuten 43 am Stößel 36 lassen sich vor allem hinsichtlich Ausbildung und Anzahl variieren, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims

Elektromagnetisch betätigtes Ventil, insbesondere für hydraulische Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen mit einem Ventilkörper (16), einem mit dem Ventilkörper (16) verbundenen Ventildom (18), in dem ein Magnet-Anker (19) längsbewegbar aufgenommen ist, mit einer Längsbohrung (17) im Ventilkörper (16) und einem in der Längsbohrung (17) längsbewegbar geführten Stößel (36) zum Übertragen einer Ankerbewegung auf ein Schließglied (45) eines Sitzventils (46) in einer vom Ventildom (18) abgewandt liegenden Ventilkammer (31), der aus einem Ventilsitz (47) des Sitzventils (46) strömende Flüssigkeit zuführbar und durch wenigstens einen Kanal(40) des Stößels (36) in den Ventildom (18) leitbar ist, wobei das im Wesentlichen bolzenförmige Schließglied (45) ein vom Stößel (36) getrenntes, im Stößel (36) geführtes Teil ist, das sich axial am Stößel abstützt, und bei dem der Stößel (36) mit der Längsbohrung (17) wenigstens einen Längskanal (39) bildet, der einen den Anker (19) aufnehmenden Ankerraum (37) mit der Ventilkammer (31) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (36) durch eine zwischen seinen beiden Enden (41, 42) verlaufende Bohrung (14) eine rohrförmige, hohle Form aufweist, und dass das im Stößel (36) geführte Schließglied (45) Ausnehmungen (55) aufweist, über welche Druckmittel von der Ventilkammer (31) in die Bohrung (40) des Stößels (36) strömen kann.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (36) an seinem dem Anker (19) zugewandten Ende (42) radial verlaufende Ausströmöffnungen (43) aufweist.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmöffnungen als zwei symmetrisch angeordnete, stirnseitig offene Ausströmnuten (43) ausgebildet sind.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen am Schließglied (45) als axial verlaufende Längsnuten (55) ausgebildet sind, die symmetrisch am Umfang des Schließglieds (45) verteilt angeordnet sind.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Längsnuten (55) von einem kegelförmigen Abschnitt (52) durch einen Bund (54) hindurch bis in den Führungszapfen (51) des Schließglieds (45) erstrecken.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (36) im Querschnitt die Form eines regelmäßigen Vierkants mit zentraler Bohrung (40) aufweist, dessen die Längskanäle (39) begrenzende Seitenwände konkav ausgerundet sind.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkammer (31) an ihrer dem Ventilsitz (47) gegenüberliegenden Seite mit einer im Querschnitt keilförmigen Verengung (34) zu dem Stößel (36) in dessen Längskanäle (39) übergeht.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließglied (36) mit seinem gleichachsig zum Stößel (36) verlaufenden Führungszapfen (51) mit großem radialen Spiel im Stößel (36) aufgenommen ist.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (19) mit längslaufenden Nuten (20) versehen ist.
Elektromagnetisch betätigtes Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Längsnuten (55) mit der Bohrung (40) des Stößels (36) gebildeten Öffnungen innerhalb des Durchmessers der Rückstellfeder (57) liegen, insbesondere auf einem Durchmesser liegen, der im wesentlichen dem Außendurchmesser des Ventilsitzes (47) entspricht.