DE19802464A1 - Hydraulisches magnetbetätigtes Sitzventil, insbesondere für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem hydraulischen, magnetbetätigten Ventil nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Es ist schon ein solches Ventil bekannt (DE 41 29 638 A1) bei dem ein hohlzylindrischer Leitkörper mit Abstand zum Ventilkörper in das Ventilgehäuse eingepreßt ist. Der Leitkörper hat einen gegen den Ventilkörper gerichteten hülsenförmigen Ansatz, mit dem eine an einem Ventilstößel stirnseitig befestigte Kugel als Schließkörper eines Sitzventils etwa bis zum Großkreis umgriffen ist. Der ventilsitzseitig schneidenförmig begrenzte Ansatz des Leitkörpers geht mit konkav gekrümmter Mantelfläche zum Innenumfang des Ventilgehäuses über und begrenzt mit dem Ventilkörper eine relativ große Ventilkammer des Ventilgehäuses, von der zwei diametral gelegene Abströmbohrungen des Ventilgehäuses ausgehen. Der Leitkörper hat bei dieser bekannten Ausführungsform den Zweck, bei geöffnetem Sitzventil das entlang der Kugeloberfläche strömende Druckmittel abzuleiten und damit zu verhindern, daß sich Instabilitäten der Druckmittelströmung entlang dem Stößel in einen Raum des Ventilgehäuses ausbreiten, in dem sich ein Magnetanker des Sitzventils befindet. Der Ansatz am Leitkörper muß daher die Kugel des Ventilstößel spielarm umgreifen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 zeichnet sich demgegenüber durch folgende Vorteile aus:

Aufgrund der Formgebung des Schließkörpers wird erreicht, daß der zwischen dem Ventilsitz und dem Stirnende des Schließkörpers fließende Druckmittelstrom sich am scharfkantigen Übergang zum Schaft vom Schließkörper löst und als Hohlkegelstrahl dem Verlauf des Ventilsitzes folgt. Der Druckmittelstrahl wird beim Austritt aus dem Ventilsitz von den Leitkanälen aufgenommen und in den Ringkanal zu der Austrittsöffnung abgeleitet. Die Durchführung des Schließkörpers durch den Leitkörper kann daher mit relativ viel Spiel versehen sein, da aufgrund der vorgenannten Gestaltung der schließkörperdurchdrungene Bereich des Leitkörpers von der Strahlführung im wesentlichen unberührt bleibt. Da der Ringkanal, in dem der Druckmittelstrom verhältnismäßig stark umgelenkt wird, relativ weit vom Ventilsitz entfernt ist, bleiben durch die Umlenkung hervorgerufene Instabilitäten der Druckmittelströmung weitgehend ohne Einfluß auf den ventilsitzseitigen, schließkörperberührten Raum. Aus diesem Grund bleibt auch der mit Druckmittel gefüllte Raum des Ventilgehäuses, welcher Betätigungsmittel des Ventils enthält und wegen der Durchführung des Schließkörpers durch den Leitkörper mit dem Ventilsitz in druckmittelleitender Verbindung steht, frei von störenden Strömungskräften. Das Ventil ist daher mit bekannten Verfahren der elektrischen Ansteuerung mit hoher Genauigkeit stufenlos in beliebige Hubstellungen seines Schließgliedes steuerbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Ventils möglich.

Eine das Druckmittel nach dem Austritt aus dem Ventilsitz in günstiger Weise, das heißt ablenkungsarm führende Ausführungsform des Leitkörpers ist im Anspruch 2 offenbart.

Mit der Ausgestaltung des Leitkörpers nach Anspruch 3 ist eine Formgebung gefunden, welche sich fertigungstechnisch vorteilhaft, zum Beispiel durch Spritzgießen, erzeugen läßt.

Der im Anspruch 4 angegebene Verlauf der Leitkanäle ist für die Umlenkung des Druckmittelstromes vom Hohlkegelstrahl zum Ringkanal förderlich.

Mit der Maßnahme nach Anspruch 5 ist eine Einheit von Leitkörper und Ventilkörper geschaffen, bei der die räumliche Zuordnung der beiden Teile zueinander durch eine montagegünstige Formschlußverbindung erzielt wird.

Die im Anspruch 6 gekennzeichnete Weiterbildung des Ventils hat den Vorteil, daß das die Federzungen des Leitkörpers passend umgreifende Ventilgehäuse den Formschluß zwischen dem Leitkörper und dem Ventilkörper dauerhaft aufrechterhält.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt eines hydraulischen magnetbetätigten Ventils mit einem Leitkörper für aus einem Ventilsitz austretendes Druckmittel, Fig. 2 im Schnitt den mit dem Leitkörper versehenen Bereich des Ventils in größerem Maßstab, Fig. 3 eine Ansicht des Leitkörpers in Richtung des Pfeiles 111 in Fig. 2 gesehen, Fig. 4 einen Schnitt durch den Leitkörper entlang dem Linienzug IV-IV in Fig. 3 und Fig. 5 einen Schnitt durch den Leitkörper entlang dem Linienzug V-V in Fig. 3.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein in Fig. 1 mit 10 bezeichnetes hydraulisches magnetbetätigtes Ventil, nachfolgend Magnetventil genannte, weist im wesentlichen folgende Bauteile in gleichachsiger Anordnung auf: ein dünnwandiges, rohrförmiges Ventilgehäuse 11, an dessen einem Endabschnitt ein druckdicht im Ventilgehäuse 11 befestigter Ventilkörper 12 angeordnet ist, einen im Ventilgehäuse 11 aufgenommenen, stirnseitig am Ventilkörper 12 abgestützten Leitkörper 13 für Druckmittel, einen längsbewegbar im Ventilgehäuse 11 geführten Magnetanker 14 mit einem in diesen leitkörperseitig eingepreßten Stößel 15, einen das Ventilgehäuse 11 an dessen anderem Endabschnitt abschließenden und mit diesem druckdicht verbundenen Polkern 16, eine zwischen dem Magnetanker 14 und dem Polkern 16 angeordnete Rückstellfeder 17, eine den Polkern 16 und das Ventilgehäuse 11 umgreifende Spule 18 mit einer elektrischen Wicklung 19 und ein die Spule 18 mit Wicklung 19 umschließendes magnetflußleitendes Gehäuse 20. Der Magnetanker 14 und die Rückstellfeder 17 sind Betätigungsmittel des Magnetventils 10; sie befinden sich in einem Raum 21 des Ventilgehäuses 11 zwischen dem Leitkörper 13 und dem Polkern 16.

Der Ventilkörper 12 hat eine achsgleich verlaufende Zulaufbohrung 24 für Druckmittel, welche in eine durchmesserkleinere Durchgangsbohrung 25 und auf diese folgend in einen hohlkegelförmigen Ventilsitz 26 übergeht (Fig. 2). Der Ventilsitz 26 endet mündungsseitig scharfkantig an einer leitkörperseitigen, radial zur Längsachse des Ventilkörpers verlaufenden Stirnfläche 27. Dem Ventilsitz 26 ist ein Kugelabschnitt 28 an einem Stirnende eines zylindrischen Schafts 29 zugeordnet, welcher einen mit dem Stößel 15 einstückigen Schließkörper 30 bildet. Der Schließkörper 30 ist mit seiner kugelförmigen Stirnfläche unter der Wirkung der Rückstellfeder 17 am Ventilsitz 26 des Ventilkörpers 12 abgestützt. Der Schließkörper 30 und der Ventilsitz 26 bilden ein Sitzventil 31 des stromlos geschlossenen Magnetventils 10. Der zylindrische Schaft 29 des Schließkörpers 30 hat einen Durchmesser, der etwa mittig zwischen dem kleinen, von der Durchgangsbohrung 25 bestimmten Durchmesser und dem mündungsseitigen Durchmesser des Ventilsitzes 26 liegt. Der Radius des Kugelabschnitts 28 wiederum ist größer als der halbe Durchmesser des zylindrischen Schafts 29 des Schließkörpers 30, so daß der Übergang zwischen dem Kugelabschnitt und dem zylindrischen Schaft entlang einer scharfen Kante 32 erfolgt. Die Abmessungen von Kugelabschnitt 28 und zylindrischem Schaft 29 des Schließkörpers 30 sind so aufeinander abgestimmt, daß eine in der in Fig. 2 dargestellten Achsebene im Bereich der Kante 32 an den Kugelabschnitt angelegte Tangente etwa dem Öffnungswinkel des Ventilsitzes 26 folgt. Durch Bestromen der elektrischen Wicklung 19 ist der Schließkörper 30 vom Ventilsitz 26 abhebbar. Bei maximalem Öffnungshub des Sitzventils 31 tritt die Kante 32 am Schließkörper 30 nicht über die Mündung des Ventilsitzes 26 aus dem Ventilkörper 12 heraus.

Der stirnseitig am Ventilkörper 12 anliegend abgestützte Leitkörper 13 hat magnetankerseitig einen radial vorspringenden, umlaufenden Bund 35, mit dem er radial passend im Ventilgehäuse 11 aufgenommen ist (Fig. 2). Der Leitkörper 13 trennt mit seinem Bund 35 den die Betätigungsmittel 14, 17 des Magnetventils 10 enthaltenden Raum 21 von einem zwischen dem Bund, dem Ventilkörper 12 und dem Ventilgehäuse 11 befindlichen Ringkanal 36 ab, der außenumfangsseitig des Leitkörpers verläuft und mit drei Auslaßöffnungen 37 des Ventilgehäuses, von denen in den Fig. 1 und 2 lediglich eine sichtbar ist, in druckmittelleitender Verbindung steht. Der Leitkörper 13 hat ferner eine zentrale Durchgangsbohrung 38 für den Schließkörper 30 des Sitzventils 31. Der Leitkörper 13 hat außerdem drei im wesentlichen radial verlaufende, die Durchgangsbohrung 38 ventilsitzseitig schneidende Leitkanäle 39, welche umfangsseitig des Leitkörpers 13 in gleichmäßiger Teilung angeordnet in den Ringkanal 36 münden (Fig. 2, 3 und 4). Die Leitkanäle 39 sind mit ihren Seitenwänden 40 parallelwandig begrenzt und als gegen eine ventilkörperseitige Stirnfläche 41 des Leitkörpers und den Ringkanal 36 offene Schlitze ausgebildet, welche jeweils symmetrisch zu Achsebenen des Leitkörpers verlaufen. Der Boden 42 der Leitkanäle 39 ist, im Längsschnitt des Leitkörpers 13 gesehen, in geringem Maß konkav geformt (Fig. 4). Der Boden 42 der Leitkanäle 39 verläuft außerdem etwa unter einem Winkel zur Leitkörperlängsachse, welcher dem halben Kegelwinkel des Ventilsitzes 26 entspricht (Fig. 2). Darüber hinaus ist der Boden 42 der Leitkanäle 39 von der ventilkörperseitigen Stirnfläche 41 des Leitkörpers 13 her gesehen, axial soweit zurückgesetzt, daß eine gedachte Verlängerung des Bodens 42 in den Ventilsitzquerschnitt mündet. Mit anderen Worten: während der Leitkörper 13 im übrigen den Ventilkörper 12 stirnseitig abdeckt, übergreifen die drei Leitkanäle 39 den mündungsseitigen Ventilsitzumriß und zwar aufgrund der Breite der Leitkanäle in vollem Umfang.

Der Leitkörper 13 ist umfangsseitig mit drei axial verlaufenden, sich zwischen den Leitkanälen 39 erstreckenden Federzungen 45 versehen (Fig. 3 und 5). Diese überragen die ventilkörperseitige Stirnfläche 41 des Leitkörpers 13 und weisen an ihrem freien Ende einen radialen nach innen gerichteten Vorsprung 46 auf. Mit diesem Vorsprung 46 greifen die Federzungen 45 in eine Umlaufnut 47 des Ventilkörpers 12 ein (Fig. 2). Die Federzungen 45 sind endseitig entsprechend dem Bund 35 des Leitkörpers 13 verstärkt, so daß ihr vorsprungseitiger Endabschnitt radial passend in dem Ventilgehäuse 11 aufgenommen ist. Die mittels der Federzungen 45 erzielte und aufgrund der Umfassung durch das Ventilgehäuse 11 unlösbare Formschlußverbindung zwischen dem Leitkörper 13 und dem Ventilkörper 12 macht einen Preßsitz des Leitkörpers im Ventilgehäuse 11 entbehrlich. Der Leitkörper 13 ist mit Vorteil als Kunststoff-Spritz­ gußteil herstellbar.

Das Magnetventil 10 ist durch Bestromung mittels z. B. Stromrampensteuerung oder Pulsweitenmodulation seiner elektrischen Wicklung 19 stufenlos in beliebige Zwischenstellungen zwischen der Schließstellung und der Stellung maximalen Ventilhubs seines Sitzventils 31 steuerbar. Das in der Zulaufbohrung 24 des Ventilkörpers 12 unter Druck anstehende Druckmittel tritt bei geöffnetem Sitzventil 31 in der Form eines Hohlkegelstrahls aus dem Ventilsitz 26 aus. Dabei begünstigt die Kante 32 die störungsfreie Ablösung des Hohlkegelstrahles vom Schließkörper 30. Der Hohlkegelstrahl wird beim Austritt aus dem Ventilsitz 26 von den drei Leitkanälen 39 erfaßt und zum Ringkanal 36 abgeleitet. Dort erfolgt eine Umlenkung des Druckmittelstromes zu den Auslaßöffnungen 37, aus denen es aus dem Magnetventil 10 ausströmt. Im Ventilsitz 26 und in den Leitkanälen 39 ist die Druckmittelströmung weitgehend frei von Strömungsinstabilitäten, während solche ausströmseitig der Leitkanäle 39 auftreten. Hierdurch hervorgerufene Druckstörungen wirken sich wegen der beschriebenen ventilsitzseitigen Strömungsableitung im wesentlichen nicht in dem die Betätigungsmittel 14, 17 des Magnetventils 12 enthaltenden Raum 21 aus, der druckmittelgefüllt ist und über die Durchgangsbohrung 38 im Leitkörper 13 mit dem Ventilsitz 26 in druckmittelleitender Verbindung steht. Der druckausgeglichene Magnetanker 14 ist somit lediglich an dem Kugelabschnitt 28 seines Schließkörpers 30 hydraulischen Kräften unterworfen. Auf den Magnetanker 14 wirken also schließend die Kraft der Rückstellfeder 17 und öffnend die hydraulische Kraft auf den Schließkörper 30 sowie die Magnetkraft. Das Sitzventil 31 ist daher sicher in stabile Zwischenstellungen steuerbar.

Abweichend vom Ausführungsbeispiel kann die erfindungsgemäße Anordnung des Leitkörpers 13 auch bei einem Magnetventil 10 Anwendung finden, welches stromlos offen ist. Der Leitkörper 13 kann statt drei Leitkanälen 39 auch mit nur zwei Leitkanälen oder mit mehr als drei Leitkanälen versehen sein. Auch die Anzahl der Federzungen 45 kann eine andere sein oder die Befestigung des Leitkörpers 13 im Ventilgehäuse 11 auf andere Weise als die beschriebene erfolgen.

Das Magnetventil 10 ist in hydraulischen Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen z. B. mit Schlupfregelung, mit fahrerunabhängiger Bremsdrucksteuerung und mit Brake-by-Wire-Betätigung verwendbar.

Claims (6)

1. Hydraulisches magnetbetätigtes Ventil (10), insbesondere für Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, mit einem rohrförmigen Ventilgehäuse (11), einem darin befestigten Ventilkörper (12), einem stirnseitig im Ventilkörper (12) ausgebildeten hohlkegelförmigen Ventilsitz (26), einem im Ventilgehäuse (11) längsbewegbar geführten, einen zylindrischen Schaft (29) und eine kugelförmige, mit dem Ventilsitz (26) zusammenwirkende Stirnfläche aufweisenden Schließkörper (30) und einem im Ventilgehäuse (11) angeordneten Leitkörper (13) für Druckmittel, der vom Schließkörper (30) durchdrungen ist und einen mit dem Ventilsitz (26) druckmittelleitend in Verbindung stehenden Ringkanal (36) mit wenigstens einer umfangsseitigen Auslaßöffnung (37) des Ventilgehäuses (11) von einem Betätigungsmittel (14, 17) des Ventils (10) enthaltenden Raum (21) abtrennt,
gekennzeichnet durch die Merkmale:

• - das Stirnende des Schließkörpers (30) ist ein Kugelabschnitt (28), der scharfkantig in den zylindrischen Schaft (29) des Schließkörpers (30) übergeht,
• - der Leitkörper (13) ist stirnseitig am Ventilkörper (12) anliegend an diesem abgestützt und hat den mündungsseitigen Ventilsitzumriß übergreifende Leitkanäle (39), welche abströmseitig in den Ringkanal (36) münden.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper (13) mit einer zentralen Durchgangsbohrung (38) für den Schließkörper (30) und wenigstens zwei in gleichmäßiger Teilung angeordneten, die Durchgangsbohrung (38) ventilsitzseitig schneidenden Leitkanäle (39) versehen ist, deren Boden (42) wenigstens annähernd unter einem Winkel zur Leitkörperlängsachse verläuft, welche dem halben Kegelwinkel des Ventilsitzes (26) entspricht.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkanäle (39) im Leitkörper (13) als seitlich parallelwandig begrenzte, gegen eine ventilkörperseitige Stirnfläche (41) und den Ringkanal (36) offene Schlitze ausgebildet sind, welche jeweils symmetrisch zu Achsebenen des Leitkörpers (13) verlaufen.

4. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (42) der Leitkanäle (39) im Längsschnitt des Leitkörpers (13) konkav geformt ist.

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper (13) sich umfangsseitig axial zwischen den Leitkanälen (39) erstreckende Federzungen (45) hat, welche über seine ventilkörperseitige Stirnfläche (41) ragen und mit nach innen gerichteten Vorsprüngen (46) in eine Umlaufnut (47) des Ventilkörpers (12) eingreifen.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federzungen (45) des Leitkörpers (13) mit ihrem vorsprungseitigen Endabschnitt radial passend im Ventilgehäuse (11) aufgenommen sind.