DE4031885A1 - Magnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einem Gehäuse, in dem eine zylindrische Ausnehmung ausgeformt ist, die mit Ein­ und Ausgängen des Ventils leitend verbindbar ist und in der ein Ventilstößel geführt ist, der mittels eines Elektromagneten und eines Ankers in eine Schließstellung gegen einen Ventilsitz bewegbar ist, wobei der Anker durch zumindest eine Feder gegen die Betätigungsrichtung des Elektromagneten vorgespannt ist.

Solche Magnetventile sind insbesondere aus der DE 36 09 901 A1 und der DE 38 02 648 A1 bekannt. Sie werden in großen Stückzah­ len insbesondere für die Fahrzeugtechnik zur Verwendung in Steuer- und Regelsystemen hergestellt. Besonders in der ABS- Technik werden solche Magnetventile für die Steuerung des Bremsdruckes benötigt. Dabei unterscheidet man sogenannte NO-Ventile und NC-Ventile. Ein NO-Ventil ist "normalerweise offen" (normally open), d. h. wenn kein Strom durch die Spule des Elektromagneten des Ventils fließt, ist das Ventil mittels einer Feder in seine Offenstellung vorgespannt, so daß Hydraulikflüs­ sigkeit durch das Ventil strömen kann. Ein NC-Ventil ist hinge­ gen "normalerweise geschlossen" (normally closed), d. h. wenn kein Strom durch die Spule des Ventil-Elektromagneten fließt, spannt eine Feder das Ventil in seine Schließstellung, so daß eine Hydraulikleitung abgesperrt ist. Die Verwendung von NO- und NC-Ventilen hat den Vorteil, daß bei Stromausfall die ABS-Brems­ anlage in herkömmlicher Weise mechanisch funktioniert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit zumindest im wesent­ lichen gleichen Bauteilen nur durch die Art des Zusammenbaus des Ventils sowohl als NO-Ventil als auch als NC-Ventil wirken kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Anker in einer ersten und in einer zweiten Stellung in bezug auf das Gehäuse in die zylindrische Ausnehmung einführbar ist, wobei die Feder in der ersten Stellung (NC) den Anker in Richtung auf die Schließstellung und in der zweiten Stellung (NO) in Richtung auf die Offenstellung des Ventils vorspannt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine wesentliche Kosteneinsparung bei der Herstellung der Massenartikel "NO- und NC-Ventile" dadurch erreicht werden kann, daß beide Ventile am besten mit identischen, zumindest aber im wesentlichen ähnlichen Bauteilen hergestellt werden können, wobei die unterschiedliche Wirkung des Ventils - einmal als NO-Ventil und zum anderen als NC-Ventil - allein dadurch erreicht wird, daß der Zusammenbau des Ventils mit unterschiedlicher Relativorientierung der Teile erfolgt. Zur optimalen Kosteneinsparung ist vorgesehen, das NO-Ventil und das NC-Ventil aus identischen Teilen zusammen­ zufügen.

Bei einem NO-Elektromagnetventil ist der Anker des Elektromagne­ ten üblicherweise mit einer Feder in die Offenstellung des Ven­ tils vorgespannt, während umgekehrt bei einem NC-Elektromagnet­ ventil der Anker mittels einer Feder in die Schließstellung vor­ gespannt ist. Der Elektromagnet bewirkt dann jeweils eine Ver­ schiebung des Ankers sowie eines mit dem Anker gekoppelten Ven­ tilstößels in eine Richtung gegen die Kraft der Feder, also beim NO-Ventil in die Schließstellung und beim NC-Ventil in die Offenstellung.

Die Erfindung macht sich den Gedanken zunutze, daß die unter­ schiedlichen Funktionen des Ventils (einmal NO und zum anderen NC) dadurch erreicht werden können, daß der Anker in zwei ver­ schiedenen Stellungen (Orientierungen, Positionen) im Ventilge­ häuse angeordnet werden kann. Diese unterschiedlichen Stellungen haben bevorzugt zweierlei zur Folge: zum einen soll im Ruhezu­ stand je nach Stellung des Ankers im Gehäuse des Ventils der Ventilstößel entweder in seiner Schließstellung oder in seiner Offenstellung sein und zum anderen soll gleichzeitig je nach Stellung die elektromagnetische Kraftwirkung der Spule auf den Anker in unterschiedlichen Richtungen erfolgen. Auf diese Weise lassen sich allein durch die bei der Montage vorgenommene unter­ schiedliche Relativorientierung des Ankers in bezug auf die Spule des Elektromagneten sowie des mit dem Anker gekoppelten Ventilstößels in bezug auf den Ventilsitz zweierlei Ventile herstellen.

Bevorzugt ist vorgesehen, den Anker und die zylindrische Ausneh­ mung im Ventilgehäuse so auszubilden, daß sich die beiden vor­ stehend genannten unterschiedlichen Stellungen des Ankers da­ durch unterscheiden, daß von der einen zur anderen Stellung die Orientierung des Ankers um 180° in bezug auf das Gehäuse gedreht ist.

In Abwandlung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles ist es auch möglich, den Anker symmetrisch auszubilden und sowohl beim Zusammenbau des Ventils in NO-Funktion als auch in NC-Funktion jeweils den Anker in gleicher Orientierung in die zylindrische Ausnehmung im Ventilgehäuse einzuschieben. Dabei ist aber die Feder bei NO-Funktion zwischen einem Anschlag am Anker und einem Anschlag angeordnet, der an einem Bauteil zwi­ schen dem Anker und dem Ventilsitz angeordnet ist. Bei Montage des Ventils in NC-Funktion wird hingegen die Feder auf der ande­ ren Seite des Ankers angeordnet, so daß sie ihn in Richtung auf den Ventilsitz vorspannt.

Die vorstehend genannten unterschiedlichen Stellungen des Ankers lassen sich gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dadurch höchst einfach erreichen, daß zumindest ein Abstands­ stück vorgesehen ist, das je nach dem, ob der Anker in der ersten oder der zweiten Stellung in die zylindrische Ausnehmung eingeführt ist, auf der einen oder der anderen Seite des Ankers in der Ausnehmung angeordnet ist.

Dabei kann sich die Feder direkt auf dem Abstandsstück abstützen.

Bevorzugt sind am Abstandsstück und/oder am Anker Anschläge der­ art ausgebildet, daß die Feder je nach Art des Zusammenbaus der Teile in zweierlei Wirkrichtungen zwischen den Anschlägen spann­ bar ist. Bei Zusammenbau des Ventils in NO-Funktion ist die Fe­ der zwischen den Anschlägen so vorgespannt, daß der Anker und der mit ihm gekoppelte Ventilstößel in die Offenstellung des Ventils vorgespannt ist, während umgekehrt bei Zusammenbau in NC-Funktion die Feder in entgegengesetzter Richtung wirksam ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt in einem einzigen Bild gleichzeitig zwei verschiedene Arten des Zusammenbaus eines Elektromagnet-Ventils. Um den Grundgedanken der Erfindung an­ schaulicher zu machen, sind nicht zwei verschiedene Figuren dar­ gestellt, in denen die unterschiedlichen Arten des Zusammenbaus des Ventils getrennt illustriert sind.

In der Figur ist unterhalb der Mittellinie A-A der Zusammenbau des Ventils derart, daß es eine NO-Funktion hat, dargestellt, während oberhalb der Mittellinie A-A der Zusammenbau des Ventils in NC-Funktion dargestellt ist. Mit anderen Worten: die Figur veranschaulicht gleichzeitig zwei verschiedene Ventile, was nachfolgend anhand der Beschreibung noch deutlicher wird.

An und in einem Gehäuse 10 sind die Bauteile des Ventils mon­ tiert. Das Gehäuse 10 weist einen Anschluß 12 für z. B. Hydrau­ likflüssigkeit einer ABS-Bremsanlage auf. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel kann man sich den Anschluß 12 als an einen Hauptzylinder einer Bremsanlage angeschlossen vorstellen, d. h. am Anschluß 12 steht unter relativ hohem Druck stehende Hydrau­ likflüssigkeit an, wobei der Druck mittels des Ventils zu den weiteren Anschlüssen 14 übertragen oder nicht übertragen wird. Somit kann man sich die weiteren Anschlüsse als zu den Bremsen führend vorstellen.

Die Anschlüsse 14 sind durch Filter 17 abgedeckt.

Ein Ventilstößel 18 ist zentrisch im langgestreckten Gehäuse 10 geführt. Das Stößelende 20 ist in der Figur oberhalb der Mittel­ linie A-A, d. h. beim Zusammenbau des Ventils in NC-Funktion, in abdichtendem Eingriff mit einer Ventilsitzfläche 21.

Bei Zusammenbau des Ventils derart, daß es ein NO-Ventil ist, gelangt hingegen das Stößelende nicht in abdichtenden Eingriff mit der Ventilsitzfläche 21, was in der Figur unterhalb der Mit­ tellinie A-A dargestellt ist. Zur Unterscheidung von NC- und NO- Funktion des Ventils sind im ersten Fall die Bezugszeichen der beim Zusammenbau unterschiedlich orientierten Bauteile jeweils mit einem Strich versehen.

In einer zentrischen, kreiszylinderförmigen Ausnehmung 22 im Gehäuse 10 ist ein Führungselement 24 für den Ventilstößel 18 durch Preßsitz positioniert. Das Führungselement 24 besteht aus einem weitestgehend temperaturunempflichen Material mit guten Notlaufeigenschaften, z. B. aus Kohlegraphit mit einer Weißme­ tall-Imprägnierung. In Kombination mit dem metallischen Ventil­ stößel 18 kann die Leckage zwischen Führungelement 24 und Ven­ tilstößel 18 viskositätsabhängig kompensiert werden. Bei hoher Temperatur ist das Medium dünnflüssig und der Führungsspalt schmal, während bei tiefer Temperatur das Medium (Hydraulikflüs­ sigkeit) relativ dickflüssig ist und der Spalt relativ groß.

Weiterhin zeigt die Figur, daß in die zylinderförmige Ausnehmung 22 ein Anker 28 eines Elektromagneten (siehe unten) eingeführt ist. Ebenfalls in die Ausnehmung 22 einführbar ist ein Abstands­ stück 26.

Der Anker 28 und das Abstandsstück 26 sind in unterschiedlichen Orientierungen und Positionen in die Ausnehmung 22 einführbar. Bei der in der Figur unterhalb der Mittelline A-A gezeigten NO-Funktion des Ventils wird zunächst das Abstandsstück 26 in die Ausnehmung 22 eingeschoben, derart, daß es in Eingriff kommt mit dem Führungselement 24. Weiterhin wird dann bei der NO-Funk­ tion der Anker 28 mit einer Anker-Schrägfläche 28a voran in die Ausnehmung 22 eingeschoben, so daß die Schrägfläche 28a in Ein­ griff kommt mit dem Abstandsstück 26. Die Schrägfläche 28a dient der Wirkungsgraderhöhung des Magnetfeldes.

Umgekehrt wird bei Zusammenbau des Venils in NC-Funktion, wie in der Figur oberhalb der Mittellinie A-A dargestellt ist, zuerst der Anker 28 und danach das Abstandstück 26 in die Ausnehmung 22 eingeschoben. Dabei sind diese beiden Bauteile um 180° verdreht in bezug auf den Zusammenbau in der oben beschriebenen NO-Funk­ tion, d. h. bei NC-Funktion weist die Schrägfläche 28a des Ankers 28 in umgekehrter Richtung als bei NO-Funktion. Entsprechendes gilt für eine komplementäre Schrägfläche des Abstandsstückes 26.

Auch eine Feder 30 ist in zwei unterschiedlichen Stellungen in der Ausnehmung 22 positionierbar. Bei NO-Funktion stützt sich die Feder 30 in der Figur rechts am Abstandsstück 26 ab und wirkt links gegen einen am Anker 28 ausgebildeten Anschlag.

Dabei nimmt die Feder über Längsnuten 34 des Ankers 28 und einen daran befestigten Anschlag (letzterer ist in der Figur gezeich­ net aber nicht mit einem Bezugszeichen versehen) den Ventil­ stößel 18 mit und drückt ihn bei nichtbetätigtem Elektromagneten in der Figur nach links, d. h. in die Offenstellung (NO-Funk­ tion).

Anders herum ist bei Zusammenbau des Ventils in NC-Funktion die Feder 30 so wirksam, daß sie in der Figur eine von links nach rechts gerichtete Kraft auf den Anker 28 ausübt. Die Feder stützt sich hierzu links am Abstandsstück 26 ab und wirkt rechts auf einen Anschlag am Anker 28. Dabei nimmt die Feder 30 über die Längsnuten den Ventilstößel 18 nach rechts mit, so daß das Stößelende 20, wie oben bereits ausgeführt ist, in abdichtenden Eingriff mit der Ventilsitzfläche 21 ist.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß mit völlig identischen Teilen sowohl die NO-Funktion als auch die NC-Funktion des Ven­ tils erreichbar ist. Unterschiedlich eingebaut sind dabei nur vier identische Teile: das Abstandsstück 26, der Anker 28, die Feder 30 und die Ringscheibe 34.

Damit das Ventil druckausgeglichen ist, ist im Ventilstößel 18 ein zentrischer Kanal 32 vorgesehen.

Weiterhin ist vorgesehen, daß das Stößelende 20 des Ventil­ stößels 18 mit der Ventilsitzfläche 21 eine doppeltkonische An­ ordnung bildet. Dies bedeutet, daß der Spitzenwinkel des Stößel­ endes 20 einen größeren (stumpferen) Winkel hat als die Ventil­ sitzfläche 21 in bezug auf die Mittellinie A-A. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß ein geringeres Einarbeiten von scharfen Dichtkanten auftritt, daß der Druckaufbau bzw. -abbau bei Öffnen bzw. Schließen des Ventils über einen Konuswinkel beeinflußbar ist, daß beim Schalten des Ventils auftretende hydraulische Druckstöße in ihrer Intensität verringert werden können und daß bei der Herstellung des Ventils relativ großzügige Toleranzen hinsichtlich der Konzentrizität vorgegeben werden können.

Der Elektromagnet des Ventils weist eine Spule 36 auf, die in üblicher Weise in einem Bügel 38 angeordnet ist. Die Windungen der Spule sind auf einen Kunststoffträger 40 gewickelt.

Im Gehäuse 10 ist in Höhe des Ankers 28 ein sogenannter magneti­ scher Widerstand 42 im Gehäuse angeordnet. Der Begriff "magneti­ scher Widerstand" bedeutet, daß das Material des Bauteils 42 keine magnetische Leitfähigkeit aufweist. Die in der Figur ge­ zeigte Anordnung des magnetischen Widerstandes 42 im Weg der magnetischen Feldlinien von der Spule 36 zum Anker 18 bewirkt eine Konzentration der Feldlinien an der gewünschten Stelle des Ankers. Bei der in der Figur oben gezeigten NC-Funktion werden die Feldlinien mittels des magnetischen Widerstandes 42 so am Anker konzentriert, daß bei Erregung der Spule 36 der Anker mit hohem Wirkungsgrad nach links bewegt wird, während umgekehrt bei Zusammenbau des Ventils in NO-Funktion die magnetischen Feldli­ nien sich im rechten Abschnitt des Ankers 28 konzentrieren und diesen deshalb gegen die Kraft der Feder 30 mit hohem Wirkungs­ grad nach rechts ziehen können, nämlich in die Schließstellung des Ventils.

Die Spule 36 wird über einen elektrischen Anschluß 44 mit Strom versorgt.

Das vorstehend beschriebene Magnetventil weist nur relativ wenige Bauteile auf, die eine relativ großzügig tolerierte Bear­ beitung zulassen. Es kann Stangenmaterial verwendet und in einer Aufspannung gefertigt werden. Die Aufspannungen sind zueinander relativ grob tolerierbar.

Mittels eines Deckels 46 kann der Hub des Ventilstößels 18 von außen eingestellt werden. Bei Montage des Ventils als NO-Ventil wird während der Stößeleinstellung die Strömung der Hydraulik­ flüssigkeit direkt gemessen und der Deckel 46 entsprechend dem gewünschten Durchflußwert arretiert. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Reproduzierbarkeit des Schaltverhaltens des Ventils aus.

Bei Zusammenbau des Ventils als NC-Ventil wird die Feder 30 mit­ tels des Deckels 46 soweit zusammengedrückt, bis das Stößelende 20 gegen die Ventilsitzfläche 21 anstößt und nach einem ge­ wünschten Rückhub wird dann der Deckel 46 arretiert.

Die vorstehend beschriebene Messung der Durchflußmenge bei NO- Funktion des Ventils und die gleichzeitige Einstellung des Ven­ tils ermöglichen eine direkte Anpassung der Ventileigenschaften an den gewünschten Einsatzzweck. Besondere Blenden zum Steuern der Durchflußmenge erübrigen sich.

Das Ventil weist einen kurzen Durchflußweg auf, auf dem nur ge­ ringe Strömungsumlenkungen/Turbulenzen erfolgen. Keine scharfen Kanten behindern die Strömung, so daß die Gefahr einer Kavita­ tion reduziert ist. Der relativ kurze Durchflußweg ist bei Einsatz in einer ABS-Anlage insbesondere für die Taktung des Bremsdruckes vorteilhaft.

Durch einen Stopfen im Kanal 32 können zwei Medien voneinander getrennt werden. Dabei kann der Stopfen verschieblich im Kanal 32 geführt sein. Hierdurch können Gefahren aufgrund von alter, mit Wasser durchsetzter Bremsflüssigkeit vermieden werden, die sich im Raum vor dem Deckel 46 des Ventils fangen könnte. Das Medium im Raum zwischen Deckel 46 und Ventilstößel 18 (bei einem Stopfen im Kanal 32) kann so gewählt werden, daß eine volle Funktionsfähigkeit des Ventils auch bei extrem hohen oder extrem geringen Temperaturen gewährleistet ist.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel eines Ventils läßt sich dahingehend abwandeln, daß im Bereich des Anschlusses 12 ein Flansch an dem Gehäuse 10 befestigt wird, so daß das Ven­ til als Ganzes flach aufgesetzt und montiert werden kann.

Auch läßt sich das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel, bei dem je nach gewünschter Funktion des Ventils der Anker ein­ mal in der einen Richtung und zum anderen in einer um 180° ge­ drehten Richtung in die Ausnehmung 22 eingesetzt wird, dahin­ gehend abwandeln, daß der Anker bei beiden Funktionen des Ven­ tils in gleicher Richtung in die Ausnehmung eingeschoben wird. In diesem Fall wird bei NO-Funktion des Ventils eine Feder zwi­ schen einem Anschlag am Anker und einem weiteren Anschlag ange­ ordnet, der zwischen dem Anker und dem Ventilsitz vorgesehen ist, so daß der Anker in die Offenstellung des Ventils vorge­ spannt wird. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ven­ tils wird dann bei Zusammenbau für eine NC-Funktion die Feder auf der anderen Seite des in gleicher Orientierung in die Aus­ nehmung geschobenen Ankers angeordnet, also zwischen einem An­ schlag am Anker und einem Anschlag, der auf der vom Ventilsitz abgekehrten Seite des Ankers angeordnet ist.

Claims (4)

1. Magnetventil mit einem Gehäuse (10), in dem eine zylindri­ sche Ausnehmung (22) ausgeformt ist, die mit Ein- (12) und Aus­ gängen (14) des Ventils leitend verbindbar ist und in der ein Ventilstößel (18) geführt ist, der mittels eines Elektromagneten und eines Ankers (28) in bezug auf einen Ventilsitz (21) beweg­ bar ist, wobei der Anker (28) durch zumindest eine Feder (30) gegen die Betätigungsrichtung des Elektromagneten (36) vorge­ spannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (28) und die Feder (30) in einer ersten und in einer zweiten Stellung in bezug auf das Gehäuse (10) in der zylindrischen Ausnehmung (22) positionierbar sind, wobei die Feder (30) in der ersten Stellung (NC) den Anker (28) in Richtung auf die Schließstellung und in der zweiten Stellung (NO) in Richtung auf die Offenstellung des Ventils vorspannt.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Stellungen des Ankers (28) dadurch unterscheiden, daß der Anker (28) um 180° in bezug auf das Gehäuse (10) gedreht ist.

3. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Abstandsstück (26) vorgesehen ist, das je nach dem, ob der Anker (28) in der ersten oder der zweiten Stellung in die zylindrische Ausnehmung (22) eingeführt ist, auf der einen oder der anderen Seite des Ankers (28) in der Ausnehmung (22) positionierbar ist.

4. Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (30) sich auf dem Abstandsstück (26) abstützt.