DE19635690A1 - Magnetventil für eine schlupfgeregelte, hydraulische Fahrzeugbremsanlage - Google Patents

Magnetventil für eine schlupfgeregelte, hydraulische Fahrzeugbremsanlage

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Magnetventil, das zum Ein­ setzen in eine Aufnahmebohrung in einem Hydraulikblock einer schlupfgeregelten, hydraulischen Fahrzeugbremsanlage vorgese­ hen ist, nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Es ist ins­ besondere als ein einem Radbremszylinder vorgeschaltetes Ein­ laßventil oder als einem Hauptbremszylinder und der übrigen Fahrzeugbremsanlage zwischengeschaltetes Umschaltventil vor­ gesehen.
Ein derartiges Ventil ist bekannt aus der DE 44 12 648. Die­ ses ist stabförmig ausgebildet und weist einen rotationssym­ metrischen Ventilträger mit einer axialen Durchgangsbohrung auf. Zur hydraulischen Verschaltung ist der Ventilträger zum Einsetzen in eine Aufnahmebohrung eines Hydraulikblocks vor­ gesehen, so daß ein Einlaß an einer Stirnseite des Ventilträ­ gers und ein Auslaß am Umfang des Ventilträgers mit Fluidka­ nälen des Hydraulikblocks kommunizieren, die in einer Grund­ fläche bzw. am Umfang in die Aufnahmebohrung münden.
In die Durchgangsbohrung des Ventilträgers ist auf der in die Aufnahmebohrung des Hydraulikblocks einzusetzenden Stirnseite ein zylindrisches Ventilsitzteil mit einer Axialbohrung ein­ gesetzt, die in einen Ventilsitz mündet, der dem Einlaß und dem Auslaß des Magnetventils hydraulisch zwischengeschaltet ist.
Der Ventilträger steht mit einem Teil seiner Länge aus dem Hydraulikblock vor. Am vorstehenden Stirnende ist ein Ventil­ dom angebracht, in dem ein Anker axial verschiebbar aufgenom­ men ist. Zur Betätigung eines axialbeweglichen Ventilschließ­ körpers ist ein Ventilstößel am Anker angebracht, der in die Durchgangsbohrung des Ventilträgers hineinragt. Zur elektro­ magnetischen Betätigung ist eine Spule auf den aus dem Hy­ draulikblock vorstehenden Ventildom aufgesteckt.
Eine Abströmung von den Ventilsitz durchströmender Flüssig­ keit erfolgt in radialer Richtung durch eine Querbohrung, die im Bereich zwischen dem Ventilsitzteil und dem Ventilstößel im Ventilträger angebracht ist. Die Strömung wird um ca. 90° umgelenkt.
Vorteile der Erfindung
Beim erfindungsgemäßen Magnetventil mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 erfolgt die Abströmung durch Abströmkanäle in etwa achsparallel in Richtung des in die Aufnahmebohrung des Hy­ draulikblocks einzusetzenden Stirnendes des Ventilträgers, also in die Richtung, aus der eine Zuströmung durch die Axialbohrung des Ventilsitzteils erfolgt. Die Strömung wird also um etwa 180° umgelenkt. Diese Strömungsumlenkung bewirkt ein verbessertes Strömungsverhalten beim Öffnen des Magnet­ ventils, das auf einen Impuls zurückzuführen ist, den die Strömung durch ihre 180°-Umlenkung auf den Ventilstößel aus­ übt. Da zur Schlupfregelung ein Bremsflüssigkeitsdruck durch Schließen und Öffnen des Magnetventils in schneller Folge mo­ duliert und somit eine Durchströmung des Magnetventils in kurzen Zeitabständen unterbrochen wird, hat die Strömungsaus­ bildung beim Öffnen des Magnetventils erheblichen Einfluß auf die Schlupfregelung. Das erfindungsgemäße Magnetventil öffnet schnell, so daß ein Druckaufbau in einem Radbremszylinder bei hoher Modulationsfrequenz und niedrigem Differenzdruck zwi­ schen Ventileinlaß und Ventilauslaß möglich ist. Weiterer Vorteil ist, daß auch bei kalter und deswegen zähflüssiger Bremsflüssigkeit ein Bremsflüssigkeitsdruckaufbau im Rad­ bremszylinder bei hoher Modulationsfrequenz erfolgt.
Bei großem Differenzdruck zwischen Einlaß und Auslaß ist ein sprungartiger Druckanstieg im Radbremszylinder beim Öffnen des erfindungsgemäßen Magnetventils kleiner als bei herkömm­ lichen Ventilen mit 90°-Abströmung. Dadurch ergeben sich Vor­ teile für die Blockierschutzregelung, weil der Druckaufbau im Radbremszylinder weniger stark vom Differenzdruck am Magnet­ ventil abhängig ist. Dies ist weiterhin von Vorteil für die Verwendung als sog. linearisiertes Magnetventil, bei dem der Radbremszylinderdruck nicht durch Schließen und Öffnen des Magnetventils in schneller Folge aufgebaut wird, sondern durch eine von der Stärke des Spulenstroms abhängige Steue­ rung des Durchflusses durch das Magnetventil, wobei die An­ steuerung auch getaktet mit einer so hohen Frequenz erfolgen kann, daß das Magnetventil infolge der Trägheit des Ven­ tilstößels und des Ankers in einer teilgeöffneten Stellung verbleibt. Gerade hier hat das erfindungsgemäße Ventil mit der 180°-Umlenkung der Abströmung ein erheblich besseres Strömungsverhalten als herkömmliche Magnetventile mit 90°-Ab­ strömung, der Druckaufbau findet stetiger statt.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
Beim erfindungsgemäßen Magnetventil mit den Merkmalen des An­ spruchs 5 ist an der in die Aufnahmebohrung im Hydraulikblock einzusetzenden Stirnseite des Ventilträgers ein Endstück aus Kunststoff angebracht, das den Ventilträger am Grund der Auf­ nahmebohrung gegenüber dem Hydraulikblock abdichtet und dabei in der Grundfläche und am Umfang in die Aufnahmebohrung mün­ dende Fluidkanäle des Hydraulikblocks hydraulisch voneinander trennt. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Magnetventils vereinfacht sich durch das Endstück aus Kunststoff gegenüber einer Abdichtung beispielsweise mittels eines O-Rings, da keine O-Ring-Nut am Ventilträger hergestellt werden muß. Ebenfalls vereinfacht sich die Montage gegenüber einer her­ kömmlichen Abdichtung mittels eines O-Rings, durch Verstemmen oder in Self-Clinch-Technik. Die erfindungsgemäße Abdichtung des Magnetventils in der Aufnahmebohrung mit dem Kunststoff-End­ stück kann auch bei einem Magnetventil mit herkömmlicher Abströmung erfolgen, sie ist nicht auf die erfindungsgemäße 180°-Umlenkung der Abströmung beschränkt.
Besonders vorteilhaft ist die Abdichtung mit dem Kunststoff-End­ stück gemäß Anspruch 7, das sowohl den Ventilträger in der Aufnahmebohrung abdichtet als auch dichtend am Ventilsitzteil anliegt, d. h. dessen Bohrung hydraulisch vom Ventilauslaß trennt, wenn diese Art der Abdichtung zusammen mit der erfin­ dungsgemäßen 180°-Abströmung verwirklicht ist, da hierbei die Abströmung entlang des Umfangs des Ventilsitzteils zur in die Aufnahmebohrung des Hydraulikblocks einzusetzenden Stirnseite des Ventilträgers erfolgt und dort hydraulisch vom Ventilein­ laß getrennt geführt werden muß, der in dieser Stirnseite des Ventilträgers vorgesehen ist.
Vorzugsweise sind die Dichtungen gemäß Ansprüchen 6 und 7 so am Endstück angeordnet, daß sie bei Druckbeaufschlagung durch Bremsflüssigkeit stärker angedrückt werden, so daß sie auch bei hohen Drücken und auch bei hohem Differenzdruck zwischen Einlaß und Auslaß zuverlässig abdichten. Dadurch wird die Ab­ dichtung auch bei infolge Werkstoffalterung oder Tempera­ tureinfluß nachlassender Vorspannung der Dichtungen sicherge­ stellt.
Gemäß Anspruch 8 dichtet das Endstück den Ventilträger am Hy­ draulikblock auch-an der Mündung der Aufnahmebohrung, also nach außen hin ab. Dies hat den Vorteil, daß kein weiteres Dichtelement oder eine fluiddichte Verstemmung des Ventilträ­ gers im Hydraulikblock notwendig ist.
Gemäß Anspruch 9 ist im Endstück ein Rückschlagventil inte­ griert, wodurch auf einfache Weise eine Rückströmfunktion verwirklicht ist, die ansonsten ein separates Rückschlagven­ til oder eine teure und verschleißanfällige Dichtmanschette anstelle des Endstücks erfordert, welche eine Durchströmung in einer Richtung zuläßt.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die bei­ den Figuren zeigen einen Axialschnitt durch zwei Ausführungs­ formen eines erfindungsgemäßen Magnetventils.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in Fig. 1 dargestellte, erfindungsgemäße, stabförmige Magnetventil 10 weist einen rotationssymmetrischen, mit einer axialen Durchgangsbohrung 12 versehenen Ventilträger 14 auf, der ungefähr in seiner Längsmitte einen mit ihm einstückigen Befestigungsflansch 16 aufweist. Der Ventilträger 14 ist in eine Aufnahmebohrung 18 in einem Hydraulikblock 20 eingesetzt und durch Verstemmen an seinem Befestigungsflansch 16 gehal­ ten. Ein hydraulischer Teil 34 des Magnetventils 10 befindet sich im Hydraulikblock 20, ein magnetischer Teil 22 steht vom Hydraulikblock 20 ab.
Der magnetische Teil 22 weist an einer dem Hydraulikblock 20 abgewandten Stirnseite des Ventilträgers 14 einen axial ver­ schiebbaren Anker 24 auf, der in einem Ventildom 26 aufgenom­ men ist, welcher mit dem Ventilträger 14 fluiddicht ver­ schweißt ist. Vom Anker 24 erstreckt sich ein Ventilstößel 28 in die Durchgangsbohrung 12 des Ventilträgers 14, dessen dem Anker 24 abgewandtes Ende halbkugelförmig als Ventilschließ­ körper 30 ausgebildet ist. Auf den Ventildom 26 ist eine Spu­ le 32 aufgeschoben.
Der hydraulische Teil 34 des erfindungsgemäßen Magnetventils 10 umfaßt ein zylindrisches Ventilsitzteil 36, das von einer in der Aufnahmebohrung 18 befindlichen Stirnseite her in die Durchgangsbohrung 12 des Ventilträgers 14 eingepreßt ist. Das Ventilsitzteil 36 weist eine durchgehende Axialbohrung 38 auf, die in einen konischen Ventilsitz 40 auf der dem Ven­ tilstößel 28 zugewandten Stirnseite des Ventilsitzteils 36 mündet. Zwischen Ventilsitzteil 36 und Ventilstößel 28 ist eine Schraubendruckfeder 42 angeordnet, welche den Ventilstö­ ßel 28 vom Ventilsitzteil 36 abdrückt und somit den Ventil­ schließkörper 30 vom Ventilsitz 40 abhebt, das Magnetventils 10 ist also in seiner unbestromten Grundstellung geöffnet. Durch Bestromen der Spule 32 wird der Anker 24 an die im zu­ gewandte Stirnfläche des Ventilträgers 14 angezogen, bewegt sich also zusammen mit dem Ventilstößel 28 in Richtung des Ventilsitzkörpers 36, so daß der Ventilschließkörper 30 gegen den Ventilsitz 40 gedrückt wird und das Magnetventil 10 ge­ schlossen ist. Ein Ventilhub wird durch die Einpreßtiefe des Ventilsitzteils 36 in die Durchgangsbohrung 12 des Ventilträ­ gers 14 eingestellt.
An einem Außenumfang des Ventilsitzteils 36 entlang führen achsparallele Abströmkanäle 44 zur in der Aufnahmebohrung 18 befindlichen Stirnseite des Ventilträgers 14. Im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel weist das erfindungsgemäße Magnetven­ til 10 drei gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Abströmkanäle 44 mit rundem Querschnitt auf. Die Abströmkanä­ le 44 sind in einer Wandung der Durchgangsbohrung 12, also im Ventilträger 14 angebracht. Die Anordnung der Abströmkanäle 44 bewirkt, daß von der in der Aufnahmebohrung 18 befindli­ chen Stirnseite des Ventilträgers 14 durch die Axialbohrung 38 und den Ventilsitz 40 des Ventilsitzteils 36 einströmendes Fluid um 180° umgelenkt und achsparallel außen am Ventilsitz­ teil 36 entlang wieder zurück zur in der Aufnahmebohrung be­ findlichen Stirnseite des Ventilträgers strömt. Diese 180°-Um­ lenkung bewirkt einen hohen Impuls auf den Ventilstößel 28, der die Schraubendruckfeder 42 beim Öffnen des Magnetventils 10 unterstützt und das öffnen beschleunigt. Die gleichmäßig über den Umfang verteilte Anordnung der Abströmkanäle 44 be­ wirkt eine symmetrische Strömung und damit eine gleichmäßige Druckverteilung im Raum zwischen dem Ventilstößel 28 und dem Ventilsitzteil 36, die die Ausbildung der Ventildurchströmung beim Öffnen verbessert.
Auf das in die Aufnahmebohrung 18 eingesetzte Stirnende des Ventilträgers 14 ist ein topfförmiges Endstück 46 aufgescho­ ben. Das Endstück 46 besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff, dem ca. 20% Kohlefaser als Füllstoff zugesetzt sind. Es ist ein Spritzgießteil. Von der Innenseite eines Bo­ dens des Endstücks 46 steht ein mit dem Endstück 46 ein­ stückiger, zapfenförmiger Ansatz 48 ab, der in die Axialbohrung 38 des Ventilsitzteils 36 eingreift. Das Endstück 46 weist drei mit ihm einstückige Dichtungen auf, deren erste 50 und dritte 52 umlaufend am Außenumfang ausgebildet sind und an einer Umfangswand der Aufnahmebohrung 18 nahe einem Bohrungs­ grund und unterhalb des Befestigungsflansches 16 des Ventil­ trägers 14 abdichten. Die zweite Dichtung 54 bildet der An­ satz 48, der in der Axialbohrung 38 des Ventilsitzteils 36 dichtend anliegt. Die drei Dichtungen 50, 52, 54 liegen mit geringem Druck an. Zumindest die erste und die zweite Dich­ tung 50, 54 werden von der Innenseite mit Fluid beaufschlagt, liegen also bei ansteigendem Druck fester an und dichten da­ durch auch bei hohem Druck und bei hohen Druckdifferenzen zu­ verlässig ab.
Das Endstück 46 wird einschließlich seines Ansatzes 48 von einer einen Durchlaß bildenden Axialbohrung 56 durchsetzt, welche eine Drosselstelle 58 aufweist.
Von der Außenseite ist ein Filterelement 60 am Boden des End­ stücks 46 angebracht, das aus einem Kunststoff-Spritzgießteil 60 besteht, das um ein plattenförmiges Filtersieb 62 ge­ spritzt ist. Das Filterelement 60 weist drei Stützfüße 64 auf, die am Grund der Aufnahmebohrung 18 des Hydraulikblocks 20 aufstehen und dadurch das Endstück 46 am Ventilträger 16 halten.
Die Abströmkanäle 44 münden an der in die Aufnahmebohrung 18 ragenden Stirnseite des Ventilträgers 16 in einen ringschei­ benförmigen Hohlraum 66, der vom Boden des Endstücks 46 und der vom Endstück 46 umschlossenen, in der Aufnahmebohrung 18 des Hydraulikblocks 20 befindlichen Stirnseite des Ventilträ­ gers 14 und des Ventilsitzteils 36 begrenzt ist. Von dem Hohlraum 66 verlaufen sternförmig drei Radialkanäle 68 nach außen, welche mit drei Durchbrüchen 70 in einer den Ventil­ träger 14 umgreifenden Umfangswandung 71 des Endstücks 46 kommunizieren. In der Umfangswandung 71 des Endstücks 46 ist ein hohlzylindrisches Filtergitter 72 umspritzt, das die Durchbrüche 70 abdeckt.
Im Boden des Endstücks 46 befindet sich ein Rückschlagventil, das aus einer achsparallelen Bohrung 74 besteht, die sich mit einer konischen Stufe zum Grund der Aufnahmebohrung 18 hin erweitert und in die eine Kugel als Ventilkörper 76 einge­ setzt ist. Der Ventilkörper 76 wird vom Filterelement 60 in der Bohrung 74 gehalten.
Die hydraulische Verschaltung des erfindungsgemäßen Magnet­ ventils 10 mit einer blockierschutzgeregelten Fahrzeugbrem­ sanlage ist in Fig. 1 symbolisch dargestellt: Das erfin­ dungsgemäße Magnetventil 10 ist in eine Hauptbremsleitung 78 eingeschaltet, die von einem Hauptbremszylinder 80 zu einem Radbremszylinder 82 führt, es dient als Einlaßventil des Rad­ bremszylinders 82. Dabei kommuniziert der Hauptbremszylinder 80 über einen axial im Grund der Aufnahmebohrung 18 mündenden Fluidkanal 84, also mit der Axialbohrung 38 im Ventilsitzteil 36. Der Radbremszylinder 82 ist an einen radialen Fluidkanal 86 angeschlossen, der im Umfang der Aufnahmebohrung 18 mün­ det, also durch die Durchbrüche 70 und die Radialkanäle 68 des Endstücks 64 mit den Abströmkanälen 44 kommuniziert, die am Außenumfang des Ventilsitzteils 36 entlang führen. Das Rückschlagventil 74, 76 ist als Bypass-Ventil geschaltet, das vom Radbremszylinder 82 zum Hauptbremszylinder 80 hin durch­ strömbar ist.
Parallel zum Magnetventil 10 ist ein Auslaßventil 88 und eine Rückförderpumpe 90 in eine Rückleitung 92 eingeschaltet, die vom Radbremszylinder 82 zum Hauptbremszylinder 78 führt. Zwi­ schen Auslaßventil 88 und Rückförderpumpe 90 ist ein Speicher 94 an die Rückleitung 92 angeschlossen. Die Bremsschlupfrege­ lung erfolgt durch Bremsdruckmodulation mittels des als Ein­ laßventil dienenden Magnetventils 10, des Auslaßventils 88 und der Rückförderpumpe 90 in an sich bekannter Weise.
Bei der in Fig. 2 dargestellten, abgewandelten Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Magnetventils 10 ist ein Ventil­ sitzteil 96 als gestuftes topfförmiges Tiefziehteil aus Blech ausgebildet. Es weist drei achsparallele Bohrungen 98 auf, die gleichmäßig über den Umfang verteilt in einer Ringstufe 100 des Ventilsitzteils 96 angebracht sind. Diese Bohrungen 98 ersetzen die Abströmkanäle 44 in der Durchgangsbohrung 12 des Ventilträgers 14 der in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsform der Erfindung. Im übrigen ist das in Fig. 2 darge­ stellte Magnetventil 10 gleich aufgebaut und funktioniert in gleicher Weise, wie das in Fig. 1 dargestellte Magnetventil 10. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insoweit auf die Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen.

Claims (13)

1. Magnetventil zum Einsetzen in eine Aufnahmebohrung eines Hydraulikblocks einer blockierschutzgeregelten, hydraulischen Fahrzeugbremsanlage,
  • - mit einem eine Durchgangsbohrung (12) aufweisenden Ventil­ träger (14), der in die Aufnahmebohrung (18) des Hydraulik­ blocks (20) einsetzbar ist,
  • - mit einem Ventildom (26), der koaxial zur Durchgangsbohrung (12) am Ventilträger (14) angebracht, in dem ein Anker (24) axial verschiebbar aufgenommen und der von einer Spule (32) umgriffen ist,
  • - mit einem Ventilstößel (28) zur Betätigung eines axialbe­ weglichen Ventilschließkörpers (30), der am Anker (24) ange­ ordnet ist und in die Durchgangsbohrung (12) des Ventilträ­ gers (14) hineinragt, und
  • - mit einem Ventilsitzteil (36, 96), das an einer dem Anker (24) abgewandten Stirnseite in die Durchgangsbohrung (12) des Ventilträgers (14) eingesetzt ist, das eine Bohrung (38) auf­ weist, die von der dem Anker (24) abgewandten Stirnseite zu einem Ventilsitz (40) des Ventilsitzteils (36, 96) führt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (10) mindestens einen Abströmkanal (44) aufweist, der im wesentlichen achsparallel von einer dem Anker (24) zugewandten Stirnseite des Ventilsitzteils (36) zu einer dem Anker (24) abgewandten Stirnseite des Ventilträgers (14) führt.
2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere, gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Abströmkanäle (44) aufweist.
3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abströmkanäle (44) als Längsnuten in der Durch­ gangsbohrung (12) des Ventilträgers (14) und/oder im Außenum­ fang des Ventilsitzteils (36) ausgebildet sind.
4. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abströmkanäle das Ventilsitzteil (96) achsparal­ lel durchsetzende Bohrungen (98) aufweisen.
5. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an der dem Anker (24) abgewandten Stirnsei­ te des Ventilträgers (14) ein Endstück (46) aus Kunststoff angebracht ist, das einen von einer dem Anker (24) abgewand­ ten Stirnseite zur Bohrung (38) des Ventilsitzteils (36) füh­ renden Durchlaß (56), sowie
  • - eine erste, mit ihm einstückige Dichtung (50) zum Abdichten des Ventilträgers (14) am Grund der Aufnahmebohrung (18) im Hydraulikblock (20) und
  • - eine zweite mit ihm einstückige Dichtung (54), die dichtend am Ventilsitzteil (36) anliegt, aufweist.
6. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dichtung (50) umlaufend an einem Außenumfang des Endstücks (46) ausgebildet ist.
7. Magnetventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Endstück (46) einen zapfenförmigen, mit ihm ein­ stückigen Ansatz (48) aufweist, der in die Bohrung (38) des Ventilsitzteils (36) eingreift, durch den der Durchlaß (56) des Endstücks (46) hindurchgeht und an dessen Außenumfang die zweite Dichtung (54) ausgebildet ist, die dichtend in der Bohrung (38) des Ventilsitzteils (36) anliegt.
8. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück (46) den Ventilträger (14) umgreift und eine dritte, mit ihm einstückige Dichtung (52) zum Abdichten des Ventilträgers (14) im Bereich einer Mündung der Aufnahmeboh­ rung (18) am Hydraulikblock (20) aufweist, die umlaufend und mit axialem Abstand von der ersten Dichtung (50) am Außenum­ fang des Endstücks (46) ausgebildet ist.
9. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Endstück (46) ein Rückschlagventil (74, 76) aufweist.
10. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilsitzteil (96) ein Blech-Tiefziehteil ist.
11. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilsitzteil (36) aus Kunststoff besteht.
12. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (56) des Endstücks (46) eine Drossel (58) auf­ weist.
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