DE19531010A1 - Magnetventil, insbesondere für eine schlupfgeregelte, hydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Magnetventil, insbesondere für eine schlupfgeregelte, hydraulische Bremsanlage für KraftfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Magnetventil nach der
Gattung des Patentanspruchs 1.
Es ist schon ein Magnetventil dieser Art bekannt
(DE 25 40 599 C2) bei dem der Ventilsitz des Hilfsventils
unmittelbar am Anker ausgebildet ist und der dem Hilfsventil
und dem Hauptventil gemeinsame Schließkörper aus einem
gummielastischen Werkstoff besteht. Aufgrund der begrenzten
Verschleißfestigkeit dieser Teile ist damit die Eignung des
bekannten Magnetventils auf das Schalten relativ geringer
Drücke hydraulischer Medien beschränkt. Außerdem ist
stirnseitig am Anker für die Aufnahme des scheibenförmig
ausgebildeten Schließkörpers eine axial relativ tiefe
Ausnehmung mit einer mündungsseitigen Schulter vorgesehen,
welcher der Begrenzung des Schließkörperhubes gegenüber dem
Anker nach dem Öffnen des Hilfsventils dient. Zum Öffnen des
Hauptventils steht daher nur ein geringer Teil des
Ankerhubes zur Verfügung. Der Schließkörperhub ist ferner
nicht einstellbar, sondern lediglich von der Tiefe der
Ausnehmung am Anker und der Scheibendicke des Schließkörpers
abhängig.
Das erfindungsgemäße Magnetventil mit dem kennzeichnenden
Merkmal des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil,
daß der Hilfsventilsitz unabhängig vom Werkstoff des Ankers,
der vorzugsweise auf die Eigenschaften des Magnetkreises
abgestimmt ist, an einem Bauteil aus einem Werkstoff
ausgebildet sein kann, der den Ansprüchen des
Hydraulikkreises gerecht wird, in dem das Magnetventil
Verwendung findet. So ist es unter Nutzung der
erfindungsgemäßen Lösung möglich, den Hilfsventilsitz
hochverschleißfest und hochbelastbar auszubilden, um mit
einem entsprechend abgestimmten Schließkörper und
Hauptventilsitz das Magnetventil in hydraulischen
Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen einzusetzen, wo sehr hohe
Drücke auftreten können und die Anforderungen an die
Ausfallsicherheit der Bauteile groß sind. Außerdem ist es
mit der erfindungsgemäßen Lösung auf einfache Weise möglich,
den Schließkörperhub entsprechend der Einpreßtiefe des
Anschlagrings gegenüber dem Hilfsventilsitz und/oder auf den
Ankerhub abzustimmen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Patentanspruch 1 angegebenen Magnetventils möglich.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen
Längsschnitt des Magnetventils mit einem Hilfsventil in
einem Anker, Fig. 2 das Hilfsventil nach Fig. 1 in
vergrößertem Maßstab und Fig. 3 eine Variante des
Hilfsventils.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte erste
Ausführungsbeispiel zeigt ein Magnetventil 10 zur Verwendung
in einer schlupfgeregelten hydraulischen Bremsanlage für
Kraftfahrzeuge, von der in Fig. 1 der Zeichnung lediglich
ein Hauptbremszylinder 11 mit einem Vorratsbehälter 12 für
Druckmittel und eine Hochdruckpumpe 13 dargestellt sind.
Eine derartige Bremsanlage ist in der nicht
vorveröffentlichten DE 44 41 791 A1 beschrieben. Sie ist
neben der Blockierschutzregelung auch für
Antriebsschlupfregelung sowie für automatisches Bremsen zum
Zwecke der Seitenschlupfregelung (Fahrdynamikregelung) und
zur Unterstützung bei fahrerbetätigtem Bremsen
(Bremsassistent) ausgelegt. Eine wesentliche Anforderung an
das erfindungsgemäße Magnetventil 10, welches in einer
zwischen dem Hauptbremszylinder 11 und der Pumpe 13
verlaufenden Saugleitung 14 liegt, ist es daher, auch gegen
einen vom Hauptbremszylinder 11 erzeugten Bremsdruck zu
öffnen und einen relativ großen Durchflußquerschnitt
freizugeben, damit die Pumpe 13, insbesondere bei tiefen
Temperaturen, einen ausreichend großen Volumenstrom fördern
kann.
Das Magnetventil 10 hat einen Elektromagneten 17, der im
wesentlichen aus einer Spule 18, einem Gehäusemantel 19 und
einem Polkern 20 besteht. Der Polkern 20 ist mit einer
Führungshülse 21 für einen entgegen der Kraft einer
vorgespannten Rückstellfeder 22 gegen den Polkern
längsbewegbaren Anker 23 dicht verschweißt. An ihrem anderen
Ende ist die Führungshülse 21 mit einem Ventilkörper 24
dicht verbunden. Zwischen dem Anker 23 und dem Ventilkörper 24
ist in der Führungshülse 21 eine erste Ventilkammer 25
gebildet, welche durch eine Öffnung 26 in der Führungshülse
sowie ein Filter 27 ungedrosselt mit der Zuströmseite 28 des
Magnetventils 10 in Verbindung steht. Von der Zuströmseite
28 führt die bereits erwähnte Saugleitung 14 zum
Hauptbremszylinder 11. Die Abströmseite 29 des Magnetventils
10 befindet sich ausgangsseitig des längsdurchbohrten
Ventilkörpers 24. Sie ist durch die Saugleitung 14 mit der
Saugseite der Pumpe 13 verbunden. Außer der ersten
Ventilkammer 25 hat das Magnetventil 10 eine zwischen dem
Polkern 20 und dem Anker 23 ausgebildete zweite Ventilkammer
30. Die beiden Ventilkammern 25 und 30 stehen durch
Längsnuten 31 des Ankers 23 miteinander in Verbindung. Der
Anker 23 ist also vom Druckmittel umspült.
Das Magnetventil 10 schaltet den Durchgang zwischen der
Zuströmseite 28 und der Abströmseite 29 mit einem
Hilfsventil 34 sowie einem Hauptventil 35. Das Hilfsventil
34 und das Hauptventil 35 sind Sitzventile mit einem
gemeinsamen Schließkörper 36. Dieser ist ein im wesentlichen
zylindrisches Drehteil aus Stahl. An seiner polkernseitigen
Stirnseite 37 ist der Schließkörper 36 mit einem etwa
halbkugelförmigen Hilfsverschlußstück 38 des Hilfsventils 34
versehen (Fig. 2). Ein zusammen mit dem Hilfsverschlußstück
38 das Hilfsventil 34 bildender, hohlkegelförmiger
Hilfsventilsitz 39 ist an einer Scheibe 40 aus Stahl
ausgebildet. An seiner polkernfernen Stirnseite 41 weist der
Schließkörper 36 das Hauptverschlußstück 42 des Hauptventils
35 auf. Das kugelscheibenförmige Hauptverschlußstück 42
arbeitet mit einem hohlkegelförmig ausgebildeten
Hauptventilsitz 43 am Ventilkörper 24 zusammen. Der
Schließkörper 36 ist mit einer abgestuften Durchgangsbohrung
44 versehen, welche vom Hilfsverschlußstück 38 mit kleinem
Durchmesser ausgeht und im Hauptverschlußstück 42 mit großem
Durchmesser mündet. Das Hilfsventil 34 steht also durch
einen von der Durchgangsbohrung 44 des Schließkörpers 36
gebildeten Kanal und das Hauptventil 35 direkt mit der
Abströmseite 29 des Magnetventils 10 in Verbindung.
Der Schließkörper 36 ist im Bereich seiner polkernseitigen
Stirnseite 37 umfangsseitig mit einem umlaufenden Bund 47
ausgestattet, welcher mehrere Durchbrechungen 48 aufweist.
Der Schließkörper 36 greift in eine Sacklochbohrung 49 am
polkernfernen Ende des Ankers 23 ein. Am Grund der Bohrung
49 befindet sich die mit dem Hilfsventilsitz 39 versehene
Scheibe 40. Sie ist in die Bohrung 49 des Ankers 23
eingepreßt oder in der Bohrung verstemmt. Mündungsseitig
befindet sich in der Bohrung 49 des Ankers 23 ein
Anschlagring 50. Er ist ebenfalls in die Bohrung 49
eingepreßt. Der Anschlagring 50 hat eine radial einwärts
gerichtete Schulter 51, welche einen vom Schließkörper 36
durchgriffenen Durchbruch 52 des Anschlagrings 50 begrenzt.
In der Schulter 51 befinden sich Ausnehmungen 53 als
druckmittelleitende Verbindung zwischen der Ventilkammer 25
und der Ankerbohrung 49. Die Schulter 51 des Anschlagrings
50 verläuft parallel zum in der Bohrung 49 des Ankers 23
geführten Bund 47 des Schließkörpers 36. Der Anschlagring 50
begrenzt den Hub s des Schließkörpers 36 auf einen Wert, der
kleiner ist als der Ankerhub h. Der Schließkörperhub s ist
zugleich der Hub des Hilfsventils 34.
Das Magnetventil 10 hat folgende Wirkungsweise:
Das Magnetventil 10 wird durch Bestromen der Spule 18 aus der gezeichneten Sperrstellung in die Durchlaßstellung umgeschaltet, in welcher die Zuströmseite 28 mit der Abströmseite 29 durch das geöffnete Hauptventil 35 in Verbindung stehen. Die beim Umschalten auf den Anker 23 wirkende Magnetkraft hat am Beginn des Ankerhubes h ihren niedrigsten Wert. Bei zurückgelegtem Ankerhub h, d. h. bei am Polkern 20 angreifendem Anker 23, erreicht die Magnetkraft ihren größten Wert.
Das Magnetventil 10 wird durch Bestromen der Spule 18 aus der gezeichneten Sperrstellung in die Durchlaßstellung umgeschaltet, in welcher die Zuströmseite 28 mit der Abströmseite 29 durch das geöffnete Hauptventil 35 in Verbindung stehen. Die beim Umschalten auf den Anker 23 wirkende Magnetkraft hat am Beginn des Ankerhubes h ihren niedrigsten Wert. Bei zurückgelegtem Ankerhub h, d. h. bei am Polkern 20 angreifendem Anker 23, erreicht die Magnetkraft ihren größten Wert.
Bei Druckgleichheit auf der Zuströmseite 28 und der
Abströmseite 29 des Magnetventils 10 sind keine
hydraulischen Schließkräfte auf den Anker 23 und den
Schließkörper 36 wirksam. Die Magnetkraft hat daher nur die
Vorspannkraft der Rückstellfeder 22 zu überwinden, um das
Magnetventil 10 zu öffnen.
Herrscht dagegen bei geschlossenem Magnetventil 10, z. B.
durch Betätigung des Hauptbremszylinders 11, auf der
Zuströmseite 28 ein höherer Druck als auf der Abströmseite
29, so sind der Anker 23 und der Schließkörper 36
druckunausgeglichen, d. h. es sind hydraulische
Schließkräfte auf den Anker und den Schließkörper wirksam.
Die Schließkraft am Anker 23 ist von der Dichtfläche des
Hilfsventils 34 abhängig, die Schließkraft am Schließkörper
36 von der Dichtfläche des Hauptventils 35 vermindert um die
Dichtfläche des Hilfsventils 34. Die auf den Schließkörper
36 wirkende hydraulische Schließkraft ist aufgrund des
großen Querschnitts des Hauptventils 35 erheblich größer als
die auf den Anker 23 wirkende Schließkraft. Die am Beginn
des Ankerhubes h niedrige Magnetkraft muß daher bei der
Bewegung des Ankers 23 gegen den Polkern 20 die
Vorspannkraft der Rückstellfeder 22 sowie die am Anker
wirkende hydraulische Schließkraft zur Öffnung des
Hilfsventils 34 überwinden. Durch das sich im weiteren
Verlauf der Ankerbewegung zunehmend öffnende Hilfsventil 34
strömt nun Druckmittel von der Zuströmseite 28 durch die
Kammer 25, die Ausnehmungen 53 und Durchbrechungen 48 in
Anschlagring 50 und Schließkörperbund 47 durch die
Durchgangsbohrung 44 des Schließkörpers 36 zur Abströmseite
29, was eine Minderung der Druckdifferenz und eine
Verringerung der auf den Schließkörper 36 wirkenden
Schließkraft zur Folge hat. Im weiteren Verlauf der
Ankerbewegung trifft beim Schließkörperhub s = 0 die
Schulter 51 des Anschlagrings 50 auf den Bund 47 des
Schließkörpers 36. Die während dieser Phase der
Ankerbewegung erheblich größere Magnetkraft ist zusammen mit
der Massenträgheit des Ankers 23 in der Lage, die auf dem
Schließkörper 36 lastende hydraulische Schließkraft zu
überwinden und den Schließkörper vom Ventilkörper 24
abzuheben. Das Hauptventil 35 ist nun geöffnet. Am Ende des
Ankeröffnungshubes, also bei am Polkern 20 angreifendem
Anker 23, nimmt das Hauptventil 35 seinen größtmöglichen
Durchflußquerschnitt ein.
Der Schließkörperhub s kann durch entsprechendes Einstellen
der Einpreßtiefe des Anschlagrings 50 in die Ankerbohrung 49
bemessen werden. Um ein sicheres Öffnen des Hauptventils 35
auch bei sehr großen Druckdifferenzen am Magnetventil 10 zu
erreichen, kann der Schließkörperhub s auf Kosten des
Durchflußquerschnitts am Hauptventil 35 dem Ankerhub h
angenähert werden.
Bei der nachfolgenden Beschreibung des zweiten
Ausführungsbeispiels sind lediglich Unterschiede zu dem
bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel erwähnt. Soweit in
quer Zeichnung dargestellte Merkmale nachfolgend keine
Erwähnung finden, so sind sie den Merkmalen des
Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und 2 gemeinsam.
Wesentlicher unterschied des Ausführungsbeispiels nach Fig.
3 gegenüber dem nach den Fig. 1 und 2 ist die Vereinigung
von Anschlagring 50 und Scheibe 40 an einem Bauteil, welches
die Form einer dünnwandigen Hülse 56 aus Stahl hat. Die
Hülse 56 ist mit ihrer Mantelwand 57 in die Bohrung 49 des
Ankers 23 eingepreßt. Mündungsseitig hat sie eine einwärts
gerichtete Schulter 51 mit Ausnehmungen 53 für den
Durchtritt von Druckmittel in die Bohrung 49. Die Schulter
51 begrenzt im Zusammenwirken mit dem Bund 47 des
Schließkörpers 36 den Schließkörperhub s. Eine im Bereich
des Bohrungsgrundes verlaufende, als Scheibe 40 nach Fig. 2
wirkende Bodenwand 58 der Hülse 56 ist hohlkegelförmig
geprägt und dient als Hilfsventilsitz 39.
Die Hülse 56 und der Schließkörper 36 bilden bei diesem
Ausführungsbeispiel eine vormontierbare Baugruppe mit nur
zwei Einzelteilen. Die Baugruppe ist durch Einpressen der
Hülse 56 am Anker 23 montierbar. Die Größe des
Schließkörperhubs s ist durch die Abmessungen von Hülse 56
und Schließkörper 36 vorgegeben und durch den Einpreßvorgang
unveränderbar.
Die Funktion des gemäß Fig. 3 ausgestatteten Magnetventils
ist die gleiche wie beim eingangs beschriebenen
Ausführungsbeispiel.
Claims (5)
1. Magnetventil (10), insbesondere zur Anordnung in einer
zwischen einem Hauptbremszylinder (11) und der Saugseite
einer Pumpe (13) verlaufenden Saugleitung (14) einer
schlupfgeregelten, hydraulischen Bremsanlage für
Kraftfahrzeuge,
mit den folgenden Merkmalen:
- - es ist ein von einem Elektromagneten (17) entgegen der Kraft einer Rückstellfeder (22) gegen einen Polkern (20) längsbewegbarer Anker (23) vorgesehen,
- - vom Anker (23) ist unmittelbar ein Hilfsventil (34) zu öffnen, welches aus einem Hilfsverschlußstück (38) und einem Hilfsventilsitz (39) kleinen Dichtdurchmessers besteht,
- - vom Anker (23) ist mittelbar ein Hauptventil (35) betätigbar, welches ein Hauptverschlußstück (42) und einen Hauptventilsitz (43) großen Dichtdurchmessers hat,
- - das Hilfsventil (34) und das Hauptventil (35) sind in einer Ventilkammer (25) angeordnet, die mit der Zuströmseite (28) des Magnetventils (10) ungedrosselt in Verbindung steht,
- - das Hilfsventil (34) und das Hauptventil (35) haben einen gemeinsamen, relativ zum Anker (23) hubbegrenzt in einer Ankerbohrung (49) bewegbaren Schließkörper (36), dessen Hub (s) kleiner als der Ankerarbeitshub (h) ist,
- - das Hilfsventil (34) steht durch einen, den Schließkörper (36) durchziehenden Kanal (44) und das Hauptventil (35) direkt mit der Abströmseite (29) des Magnetventils (10) in Verbindung,
gekennzeichnet durch das weitere Merkmal:
- - eine den Hilfsventilsitz (39) aufweisende Scheibe (40) und ein hubbegrenzender Anschlagring (50) sind in die Bohrung (49) des Ankers (23) eingepreßt.
2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schließkörper (36) ein Drehteil ist und an seiner einen
Stirnseite (37) das Hilfsverschlußstück (38) des
Hilfsventils (34) und an seiner anderen Stirnseite (41) das
Hauptverschlußstück (42) des Hauptventils (35) aufweist, daß
als Kanal eine achsgleich verlaufende Durchgangsbohrung (44)
vorgesehen ist, welche vom Hilfsverschlußstück (38) mit
kleinem Durchmesser ausgeht und im Hauptverschlußstück (42)
mit großem Durchmesser mündet, und daß der Schließkörper
(36) umfangsseitig einen Bund (47) hat, mit dem er in der
Bohrung (49) des Ankers (23) wenigstens mittelbar geführt
und in der Offenstellung des Hilfsventils (34) am
Anschlagring (50) abgestützt ist.
3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die den Hilfsventilsitz (39) aufweisende Scheibe (40) als
Boden (58) und der Anschlagring (50) mit einer einwärts
gerichteten Schulter (51) als Teil einer in die Bohrung (49)
des Ankers (23) eingepreßten Hülse (56) ausgebildet sind.
4. Magnetventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schulter (51) des Anschlagrings (50)
und der Bund (47) des Schließkörpers (36) wenigstens eine
Ausnehmung (53) oder Durchbrechung (48) haben.
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