WO2019020260A1 - Bistabiles magnetventil für ein hydraulisches bremssystem, ansteuerungsverfahren und montageverfahren dafür, sowie bremssystem mit einem derartigen magnetventil - Google Patents

Bistabiles magnetventil für ein hydraulisches bremssystem, ansteuerungsverfahren und montageverfahren dafür, sowie bremssystem mit einem derartigen magnetventil Download PDF

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pole core
solenoid valve
closing element
guide sleeve
magnet assembly
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PCT/EP2018/065325
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Massimiliano Ambrosi
Edgar Kurz
Wolf Stahr
Wolfgang Schuller
Klaus Landesfeind
Michael Eisenlauer
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01F2007/1669—Armatures actuated by current pulse, e.g. bistable actuators

Definitions

  • the present invention relates to a bistable solenoid valve for a hydraulic
  • Opening movement from the valve seat lifts and the closing element is firmly connected to a magnet assembly is an actuation of the movement of the
  • Solenoid valve is characterized in that a lower stationary pole core is fixedly arranged in the guide sleeve and the magnet assembly is positioned between the lower and the upper pole core.
  • Solenoid valves in the hydraulic unit have the task to hold the pressure medium or let it flow. Typically, these consist of several
  • Solenoid valves For solenoid valves (MV) in ABS / TCS / ESP systems, certain requirements for tightness are made for the closed state, depending on the respective task of the MV in the system.
  • the valves are generally designed so that function-dependent in a de-energized switching position
  • valve Short-term operation, the valve is energized (eg energized "open").
  • bistable valves are also known that normally reach a permanent position in two switching positions and only for the switching operation be energized between the permanent positions.
  • the bistable solenoid valve according to the invention for a hydraulic brake system with a guide sleeve in which an upper stationary pole core fixed and a
  • Closing element is arranged displaceably, wherein the closing element urges during a closing movement in a valve seat and lifts off during an opening movement of the valve seat and the closing element is fixedly connected to a magnet assembly wherein an actuation of the movement of the closing element by means of the magnet assembly via a coil, which around the Guide sleeve is positioned and this substantially comprises, characterized in that a lower stationary pole core is fixedly arranged in the guide sleeve and the
  • Magnet assembly is positioned between the lower and upper pole core.
  • the solenoid valve has two pole cores, between which a magnet assembly is positioned.
  • the pole cores are firmly defined in their position and the magnet assembly between the pole cores movable.
  • the magnet assembly is firmly connected to the closing element of the solenoid valve.
  • the closing element also called sealing element, serves in a first position to release the passage at the valve seat and thus to open the valve, or to obstruct the passage at the valve in a second position and thus to close the valve.
  • the solenoid valve is bistable. This means that holding the
  • Closing element in these two different positions can be done without a permanent energization.
  • a bistable valve is by the energization of the coils only a switching of the switching state allows. Holding the
  • Closing element in the respective closed or open position takes place, for example.
  • the magnet assembly consists for example of an upper permanent magnet, which is spatially closer to the upper pole core and a lower permanent magnet, which is located closer to the lower pole core.
  • the valve or the closing element is held in the open position by the upper permanent magnet to the upper pole core.
  • the valve or the closing element is held in the closed position by the lower permanent magnet to the lower pole core.
  • this can be an energy-efficient retention of the valve in the respective position.
  • a change between the two stable positions takes place by a movement of the closing element.
  • the coil is energized with a defined voltage.
  • the pole cores consist of a material which has ferromagnetic properties.
  • the closing element itself consists of a non-magnetizable material, in particular
  • the coil therefore magnetizes the upper and lower pole core. Due to their temporary magnetization, the upper and lower pole cores produce an influence on the magnet assembly, so that the closing element associated therewith is moved to the desired position. For example, the closing element with the magnet assembly (at a corresponding position and energization of the coil) can be repelled by the lower pole core and attracted by the upper pole core. Alternatively, repelled from the upper pole core and tightened by the lower pole core.
  • the armature, or the closing element with the magnet assembly on the voltage applied to the coil current in a
  • the solenoid valve has an upper pole core, a lower pole core and a closing element with a magnet assembly. From this, as well as from the further description it becomes clear that the solenoid valve has no armature in the classical sense.
  • the coil is advantageously pushed onto the guide sleeve. Furthermore, the coil is advantageously pre-assembled.
  • an energy-efficient switching of the valve is possible by the described construction of the valve.
  • This efficiency has far-reaching influence on other components as well. For example, much smaller coils are necessary or possible. This in turn can reduce the use of copper and thus the costs.
  • heat dissipation parts, in particular in the control unit can also be dispensed with.
  • the solenoid valve is also characterized by its simplicity. For example. is a very simple construction with fewer components possible. This leads to a cost-effective and resource-optimized production. Also, advantages in terms of a smaller space can be achieved.
  • the bistable magnetic valve is characterized in that the magnet assembly is molded onto the closing element.
  • the magnet assembly and the closing element form a unit.
  • the production can be carried out, for example, by means of an injection molding process. In this way, a positive connection can be made possible.
  • a solid and non-detachable connection is thus created.
  • a molded body is thus created.
  • the closing element may also have an injected magnetic assembly.
  • the plastic closure element may have two injection-molded permanent magnets separated from an insulation.
  • the bistable solenoid valve is characterized
  • Direction of movement axial ends has the same magnetic pole. This means either a magnetic south pole or a magnetic at both ends North Pole. These axial ends are in relation to the direction of movement of the
  • the ends correspond in this sense to the end faces of the magnet assembly.
  • a simple achievement of the desired effect (repulsion and attraction of the Polkerne respect.
  • the magnet assembly when energizing the coil) can be achieved without complex control of the coil and without complex construction of the coil.
  • the bistable solenoid valve is characterized
  • the magnet assembly comprises a plurality of permanent magnets, in particular comprises two permanent magnets.
  • the permanent magnets are for example designed as disk magnets.
  • Permanent magnets have a hole in the middle through which the
  • Closing element extends.
  • bistable solenoid valve is characterized
  • the permanent magnets are positioned in opposite directions.
  • Permanent magnets are arranged to each other so that the magnetic south pole of a first permanent magnet and the magnetic south pole of a second permanent magnet are oriented to each other.
  • the magnetic poles in the assembly with two permanent magnets are therefore, for example, as follows: North - South, South - North.
  • the desired effects can thus be achieved in a simple manner.
  • the bistable solenoid valve is characterized
  • the permanent magnets are separated by insulation. This is understood to mean that the magnet assembly has an insulation which is positioned between two permanent magnets. This advantageously achieves an improvement in efficiency and performance
  • the bistable magnetic valve is characterized in that the lower stationary pole core is pressed into the guide sleeve.
  • Closing element and valve seat can be achieved. This makes it possible, for example, to take into account and compensate manufacturing inaccuracies of the components.
  • a welding can also be provided.
  • the bistable solenoid valve is characterized
  • the lower pole core is positioned so that it is at least partially within the coil and / or that the upper pole core is positioned so that it is at least partially within the coil
  • the bistable magnetic valve is characterized in that the closing element is guided through an opening in the lower pole core.
  • the lower pole core has an opening. This is dimensioned so that the closing element is guided through this opening. Furthermore, it can be provided that this opening allows a guide for the closing element.
  • a guide for the closing element By such a guide a precise fit of the Closing be allowed on the valve seat. As a result, a good seal is achieved in the closed valve state. Furthermore, this allows premature the elimination, or the avoidance of additional components for guiding the
  • the closing element consists of non-magnetisable material, in particular plastic.
  • Opening and closing process can be avoided.
  • the invention further provides a method for controlling a bistable
  • Solenoid valve provided according to one of the preceding claims, which is characterized in that energization of the solenoid valve in a first current direction leads to such a magnetization of the upper and lower pole core, that the upper pole core repels its associated permanent magnet of the magnet assembly and the lower pole core a him assigned
  • Permanent magnet of the magnet assembly attracts and energization of the solenoid valve in a second current direction to such a magnetization of the upper and lower pole core leads, that the lower pole core repels its associated permanent magnet of the magnet assembly and the upper pole core attracts a permanent magnet associated with the magnet assembly.
  • Support closure element from one position to a second position.
  • this enables energy-efficient switching.
  • the invention further provides a method for assembling a bistable valve with a guide sleeve and with an upper pole core and a lower pole core and a closing element with a magnet assembly according to one of the preceding claims, which is characterized in that - In a first step, the upper pole core is connected to the guide sleeve and in a second step, the closing element is positioned in the lower pole core and introduced in a third step, the closing element together with the lower pole core in the guide sleeve and in a fourth step, the lower pole core is positioned together with the closing element in the guide sleeve and connected to this or
  • the upper pole core is connected to the guide sleeve and in a second step, the closing element is positioned in the guide sleeve and introduced in a third step, the lower pole core in the guide sleeve and positioned in a fourth step, the lower pole core in the guide sleeve and connected to this.
  • the invention provides a hydraulic brake system for a motor vehicle with at least one bistable solenoid valve according to the present description for controlling a brake fluid.
  • Parking brake system with a hydraulic brake fluid can integrate the described bistable valve. This allows the solenoid valve to be held in an open or closed position. Furthermore, advantageously the changeover from one position to the other takes place in a very efficient manner. Also, by avoiding a continuous current to hold a position, the noise and vibration development can be largely reduced or even avoided.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a bistable solenoid valve according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 2 is a detail view of the closing element and the magnet assembly according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 3 is a schematic sketch of the forces and movements at different energization according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a bistable solenoid valve.
  • the solenoid valve 1 has a guide sleeve 2.
  • this guide sleeve 2 an upper pole core 5 and a lower pole core 6 is anchored. Furthermore, in the
  • Closing element 3 is firmly connected to a magnetic assembly 8. This
  • Magnetic assembly 8 consists of two permanent magnets 8 ' and 8 " .
  • the two permanent magnets 8 ' and 8 " are separated from each other by an insulation 9.
  • the closing element 3 acts in a lower position sealingly together with the valve seat 4, as shown in FIG. In a deflection from this position, the closing element 3 releases the valve seat 4 and allows the flow of a
  • the closing element 3 runs through a hole in the lower pole core 6 and is guided thereby.
  • a coil 7 is further pushed. This coil 7 comprises the guide sleeve 2
  • the length of the coil 7, or the position of the upper pole core 5 and the lower pole core 6 are selected or matched to one another such that the coil 7 the upper pole core 5 and lower pole core 6 at least partially includes.
  • Pole cores 5, 6 respectively project into the exciter coil, i. the coil 7, and fill them to a part of their length. 2, a detailed view of the closure member and the magnet assembly is shown.
  • the permanent magnet assembly 8 is made of an upper
  • Permanent magnets 8 ' and a lower permanent magnet 8 " formed ..
  • the two permanent magnets 8 ' and 8 " are separated by the insulation 9 from each other.
  • the permanent magnets 8 ' and 8 " furthermore have a hole through which the closing element 3 is guided
  • FIG. 3 shows a schematic sketch of the forces and movements at different
  • the left-hand illustration shows a magnetic field line of an emerging magnetic field and effective forces during a first energization.
  • a polarized magnetic field is generated by applying a defined first (eg positive) voltage to the coil 7.
  • the illustrated oval line shows by way of example a magnetic field line.
  • the magnet assembly 8 (actually the lower permanent magnet 8 ' ) is repelled by the polarized magnetized lower pole core 6.
  • the magnet assembly 8 (strictly, the upper permanent magnet 8 " ) is attracted by the polarized magnetized upper pole core 5. This results in a movement of the axially movable magnet assembly 8 as well as the fixed thereto
  • FIG. 3 shows the magnetic field and effective forces during a second energization.
  • a defined second (eg negative) voltage to the coil 7 with respect to the first defined voltage opposite polarized magnetic field generated.
  • the magnet assembly 8 (strictly speaking, the lower permanent magnet 8 ' ) is repelled by the oppositely polarized magnetized upper pole core 5.
  • the magnet assembly 8 (strictly, the upper permanent magnet 8 " ) is attracted by the oppositely polarized magnetized lower pole core 6. This results in movement of the axially movable magnet assembly 8 and the closure member fixedly connected thereto to the lower position the closing element by the magnetic force of the magnet assembly 8 (in particular of the lower permanent magnet 8 " ) even after a removal of the current

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bistabiles Magnetventil (1) für ein hydraulisches Bremssystem, mit einer Führungshülse (2) in welcher ein oberer unbewegter Polkern (5) fest und ein Schließelement (3) verlagerbar angeordnet ist, wobei das Schließelement (3) während einer Schließbewegung in einen Ventilsitz (4) drängt und während einer Öffnungsbewegung aus dem Ventilsitz (4) abhebt und das Schließelement (3) mit einer Magnetbaugruppe (8) fest verbunden ist, wobei eine Aktuierung der Bewegung des Schließelements (3) mittels der Magnetbaugruppe (8) über eine Spule (7) erfolgt, welche um die Führungshülse (2) positioniert ist und diese im Wesentlichen umfasst, und wobei weiter ein unterer unbewegter Polkern (6) in der Führungshülse (2) fest angeordnet ist und die Magnetbaugruppe (8) zwischen dem unteren und dem oberen Polkern (6,5) positioniert ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Steuerung des erfindungsgemäßen Magnetventils (1), ein Verfahren zur Montage des erfindungsgemäßen Magnetventils (1) sowie ein hydraulisches Bremssystem mit dem erfindungsgemäßen Magnetventil (1).

Description

Beschreibung
Titel
BISTABILES MAGNETVENTIL FÜR EIN HYDRAULISCHES BREMSSYSTEM, ANSTEUERUNGSVERFAHREN UND MONTAGEVERFAHREN DAFÜR, SOWIE BREMSSYSTEM MIT EINEM DERARTIGEN MAGNETVENTIL Die vorliegende Erfindung betrifft ein bistabiles Magnetventil für ein hydraulisches
Bremssystem, mit einer Führungshülse in welcher ein oberer unbewegter Polkern fest und ein Schließelement verlagerbar angeordnet ist, wobei das Schließelement während einer Schließbewegung in einen Ventilsitz drängt und während einer
Öffnungsbewegung aus dem Ventilsitz abhebt und das Schließelement mit einer Magnetbaugruppe fest verbunden ist wobei eine Aktuierung der Bewegung des
Schließelements mittels der Magnetbaugruppe über eine Spule erfolgt, welche um die Führungshülse positioniert ist und diese im Wesentlichen umfasst, wobei das
Magnetventil dadurch gekennzeichnet ist, dass ein unterer unbewegter Polkern in der Führungshülse fest angeordnet ist und die Magnetbaugruppe zwischen dem unteren und dem oberen Polkern positioniert ist.
Stand der Technik
Magnetventile haben in der Hydraulikeinheit die Aufgabe das Druckmittel zu halten oder abströmen zu lassen. Typischerweise bestehen diese aus mehreren
Magnetventilen. Bei Magnetventilen (MV) in ABS/TCS/ESP-Systemen werden für den geschlossenen Zustand bestimmte Anforderungen an die Dichtheit gestellt, die von der jeweiligen Aufgabe des MVs im System abhängig sind. Die Ventile sind im Allgemeinen so konzipiert, dass funktionsabhängig in einer stromlosen Schaltstellung eine
Dauerstellung erzielt wird (bspw. stromlos„geschlossen") und nur für einen
Kurzzeitbetrieb das Ventil bestromt wird (bspw. bestromt„offen").
Aus dem Stand der Technik sind weiterhin bistabile Ventile bekannt, die in zwei Schaltstellungen stromlos eine Dauerstellung erreichen und nur für den Schaltvorgang zwischen den Dauerstellungen bestromt werden. Beispielsweise sei hierfür auf die Patentanmeldung WO 02/10628 AI verwiesen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteilhaft ermöglicht hingegen das erfindungsgemäße Magnetventil ein effizientes Halten und Schalten des Ventils.
Ermöglicht wird dies gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen
Patentansprüchen angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße bistabiles Magnetventil für ein hydraulisches Bremssystem, mit einer Führungshülse in welcher ein oberer unbewegter Polkern fest und ein
Schließelement verlagerbar angeordnet ist, wobei das Schließelement während einer Schließbewegung in einen Ventilsitz drängt und während einer Öffnungsbewegung aus dem Ventilsitz abhebt und das Schließelement mit einer Magnetbaugruppe fest verbunden ist wobei eine Aktuierung der Bewegung des Schließelements mittels der Magnetbaugruppe über eine Spule erfolgt, welche um die Führungshülse positioniert ist und diese im Wesentlichen umfasst, ist dadurch gekennzeichnet dass ein unterer unbewegter Polkern in der Führungshülse fest angeordnet ist und die
Magnetbaugruppe zwischen dem unteren und dem oberen Polkern positioniert ist.
Hierunter wird verstanden, dass das Magnetventil zwei Polkerne aufweist, zwischen welchen eine Magnetbaugruppe positioniert ist. Die Polkerne sind dabei in ihrer Position fest definiert und die Magnetbaugruppe zwischen den Polkernen beweglich. Die Magnetbaugruppe ist dabei fest mit dem Schließelement des Magnetventils verbinden. Das Schließelement, auch Dichtelement genannt, dient dazu in einer ersten Position den Durchgang am Ventilsitz freizugeben und damit das Ventil zu öffnen, bzw. in einer zweiten Position den Durchgang am Ventil zu versperren und damit das Ventil zu schließen. Das Magnetventil ist bistabil. Dies bedeutet, dass ein Halten des
Schließelements in diesen zwei verschiedenen Stellungen (d.h. in der geschlossenen Stellung als auch in der geöffneten Stellung) ohne eine dauerhafte Bestromung erfolgen kann. Bei einem bistabilen Ventil wird durch die Bestromung der Spulen lediglich ein Umschalten des Schaltzustandes ermöglicht. Das Halten des
Schließelements in der jeweiligen geschlossenen oder geöffneten Stellung erfolgt bspw. durch die Magnetbaugruppe. Die Magnetbaugruppe besteht hierzu bspw. aus einem oberen Permanentmagneten, welcher räumlich dem oberen Polkern näherliegt und einem unteren Permanentmagneten, welcher räumlich dem unteren Polkern näherliegt. In diesem Fall wird das Ventil bzw. das Schließelement in der Offenstellung durch den oberen Permanentmagneten an dem oberen Polkern gehalten. In analoger Weise wird das Ventil, bzw. das Schließelement, in der Geschlossenstellung durch den unteren Permanentmagneten an dem unteren Polkern gehalten. Vorteilhaft kann hierdurch ein energieeffizientes Halten des Ventils in der jeweiligen Stellung erfolgen.
Ein Wechsel zwischen den beiden stabilen Positionen erfolgt durch eine Bewegung des Schließelements. Hierfür wird die Spule mit einer definierten Spannung bestromt. Hierdurch entsteht ein Magnetfeld. Die Polkern bestehen bspw. bspw. aus einem Material, welches ferromagnetische Eigenschaften aufweist. Das Schließelement selbst besteht aus einem nicht-magnetisierbaren Material, insbesondere aus
Kunststoff. Die Spule magnetisiert daher den oberen und unteren Polkern. Aufgrund ihrer temporären Magnetisierung erzeugen der obere und untere Polkern einen Einfluss auf die Magnetbaugruppe, so dass das damit verbundene Schließelement in die gewünschte Position bewegt wird. Bspw. kann das Schließelement mit der Magnetbaugruppe (bei einer entsprechenden Position und Bestromung der Spule) von dem unteren Polkern abgestoßen und von dem oberen Polkern angezogen werden. Oder alternativ von dem oberen Polkern abgestoßen und von dem unteren Polkern angezogen werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Anker, bzw. das Schließelement mit der Magnetbaugruppe, über die an die Spule angelegte Stromstärke in einem
Schwebezustand gehalten werden, welcher zwischen den beiden stabilen
Endpositionen liegt.
Zu beachten ist, dass wie bereits ausgeführt das Magnetventil einen oberen Polkern einen unteren Polkern und ein Schließelement mit einer Magnetbaugruppe aufweist. Hieraus, sowie aus der weiteren Beschreibung wird deutlich, dass das Magnetventil keinen Anker im klassischen Sinne aufweist. Die Spule ist vorteilhaft auf die Führungshülse aufgeschoben. Weiterhin ist die Spule vorteilhaft vormontiert.
Vorteilhaft wird durch den beschriebenen Aufbau des Ventils ein energieeffizientes Schalten des Ventils möglich. Diese Effizienz hat weitreichenden Einfluss auch auf weitere Komponenten. So sind beispielsweise deutlich kleinere Spulen notwendig, bzw. möglich. Hierdurch kann wiederum der Kupfereinsatz reduziert werden und damit die Kosten. Weiterhin können auch Entwärmungsteile insbesondere im Steuergerät entfallen. Neben der erhöhten Effizienz zeichnet sich das Magnetventil auch durch seine Einfachheit aus. Bspw. ist ein sehr einfacher Aufbau mit weniger Komponenten möglich. Dies führt zu einer kostengünstigen und ressourcenoptimierten Herstellung. Auch können Vorteile hinsichtlich eines kleineren Bauraumes erzielt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das bistabile Magnetventil dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetbaugruppe an das Schließelement angespritzt ist.
Hierunter wird verstanden dass die Magnetbaugruppe und das Schließelement eine Einheit bilden. Hierdurch kann vorteilhaft der Montageaufwand verringert werden. Die Herstellung kann bspw. mittels eines Spritzgussverfahrens erfolgen. Hierdurch kann eine formschlüssige Verbindung ermöglicht werden. Vorteilhaft wird damit eine feste und nicht-lösbare Verbindung geschaffen. Alternativ einer angespritzten
Magnetbaugruppe kann das Schließelement auch eine eingespritzte Magnetbaugruppe aufweisen. Bspw. kann das Schließelement aus Kunststoff zwei eingespritzte und von einer Isolierung getrennte Permanentmagnete aufweisen.
In einer möglichen Ausgestaltung ist das bistabile Magnetventil, dadurch
gekennzeichnet, dass die Magnetbaugruppe an einer dem oberen Polkern
zugewandten Seite der Magnetbaugruppe sowie an einer dem untern Polkern zugewandten Seite der Magnetbaugruppe gleichgerichtete Magnetpole aufweist, insbesondere jeweils einen magnetischen Südpol oder jeweils einen magnetischen Nordpol aufweist.
Hierunter wird verstanden, dass die Magnetbaugruppe an ihren beiden in
Bewegungsrichtung axialen Enden den gleichen Magnetpol aufweist. Das heißt entweder an beiden Enden einen magnetischen Südpol oder einen magnetischen Nordpol. Diese axialen Enden sind in Bezug auf die Bewegungsrichtung der
Baugruppe, bzw. des Schließelements zu verstehen. Die Enden entsprechen in diesem Sinn den Stirnseiten der Magnetbaugruppe. Vorteilhaft kann durch eine derartige Gestaltung eine einfache Erzielung des gewünschten Effektes (Abstoßung und Anziehung der Polkerne bzgl. der Magnetbaugruppe bei einer Bestromung der Spule) ohne aufwendige Steuerung der Spule sowie ohne komplexen Aufbau der Spule erzielt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das bistabile Magnetventil dadurch
gekennzeichnet, dass die Magnetbaugruppe mehrere Permanentmagnete umfasst, insbesondere zwei Permanentmagnete umfasst.
Hierunter wird verstanden, dass zwei oder mehr Permanentmagnete die Baugruppe bilden. Die Permanentmagnete sind dafür bspw. als Scheibenmagnete ausgeführt. Zur Aufnahme des und Verbindung mit dem Schließelement können die
Permanentmagnete ein Loch in der Mitte aufweisen durch welches sich das
Schließelement erstreckt. Vorteilhaft kann durch einen solchen Aufbau und
Ausgestaltung ein kostengünstiger und einfacher Aufbau ermöglicht werden.
In einer alternativen Weiterbildung ist das bistabile Magnetventil dadurch
gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete gegenläufig positioniert sind.
Hierunter wird verstanden, dass die Permanentmagnete mit jeweils gleichen magnetischen Polen zueinander ausgerichtet sind. Bspw. dass zwei
Permanentmagnete so zueinander angeordnet sind, dass der magnetischer Südpol eines ersten Permanentmagneten und der magnetischen Südpol eines zweiten Permanentmagneten zu einander orientiert sind. Die magnetischen Pole in der Baugruppe mit zwei Permanentmagneten sind daher bspw. wie folgt: Nord - Süd, Süd- Nord. Vorteilhaft kann hierdurch auf einfache Weise die gewünschten Effekte erzielt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das bistabile Magnetventil dadurch
gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete durch eine Isolierung getrennt sind. Hierunter wird verstanden, dass die Magnetbaugruppe eine Isolierung aufweist, welche zwischen zwei Permanentmagneten positioniert ist. Hierdurch wird vorteilhaft eine Verbesserung der Effizienz und Leistung erreicht
In einer möglichen Ausführung ist das bistabile Magnetventil dadurch gekennzeichnet, dass der untere unbewegte Polkern in die Führungshülse eingepresst ist.
Hierunter wird verstanden, dass der Polkern mittels Pressung in der Führungshülse fixiert ist. Hierdurch kann eine einfache und kostengünstige Montage ermöglicht werden. Weiterhin ist hierdurch eine Variation der Einpresstiefe möglich. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine optimierte Abstimmung der Position von
Schließelement und Ventilsitz erzielt werden. Dies ermöglicht es bspw. Herstellungs- ungenauigkeiten der Komponenten zu berücksichtigen und zu kompensieren. In einer alternativen Ausführung kann auch ein Anschweißen vorgesehen sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist das bistabile Magnetventil dadurch
gekennzeichnet, dass der untere Polkern so positioniert ist, dass er sich zumindest teilweise innerhalb der Spule befindet und/oder dass der obere Polkern so positioniert ist, dass er sich zumindest teilweise innerhalb der Spule befindet
Hierunter ist zu verstehen, dass die Länge und Position der Spule und/oder die Länge und Position der Polkerne so aufeinander abgestimmt und ggf. aneinander angepasst sind, dass der untere Polkern als auch der obere Polkern sich zumindest
bereichsweise axial innerhalb der Spule befindet. Vorteilhaft kann hierdurch eine Optimierung des Wirkungsgrades bzgl. der Magnetisierung der Polkerne erzielt werden.
In einer alternativen Ausführungsform ist das bistabile Magnetventil dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement durch eine Öffnung im unteren Polkern geführt ist.
Hierunter ist zu verstehen, dass der untere Polkern eine Öffnung aufweist. Diese ist so dimensioniert, dass das Schließelement durch diese Öffnung geführt ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass diese Öffnung eine Führung für das Schließelement ermöglicht. Vorteilhaft kann durch eine solche Führung ein genauer Sitz des Schließelement sauf dem Ventilsitz ermöglicht werden. Hierdurch wird eine gute Abdichtung im geschlossenen Ventilzustand erzielt. Weiterhin ermöglicht dies voreilhaft den Entfall, bzw. die Vermeidung zusätzlicher Komponenten zur Führung des
Schließelements.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das bistabile Magnetventil dadurch
gekennzeichnet, dass das Schließelement aus nicht-magnetisierbarem Material, insbesondere Kunststoff, besteht.
Vorteilhaft können hierdurch leistungs- und effizienzreduzierende Effekte beim
Öffnungs- und Schließvorgang vermieden werden.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Verfahren zur Steuerung eines bistabilen
Magnetventils nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Bestromung des Magnetventils in einer ersten Stromrichtung zu einer derartigen Magnetisierung des oberen und unteren Polkern führt, dass der obere Polkern einen ihm zugeordneten Permanentmagneten der Magnetbaugruppe abstößt und der untere Polkern einen ihm zugeordneten
Permanentmagneten der Magnetbaugruppe anzieht sowie eine Bestromung des Magnetventils in einer zweiten Stromrichtung zu einer derartigen Magnetisierung des oberen und unteren Polkern führt, dass der untere Polkern einen ihm zugeordneten Permanentmagneten der Magnetbaugruppe abstößt und der obere Polkern einen ihm zugeordneten Permanentmagneten der Magnetbaugruppe anzieht.
Hierunter wird verstanden, dass eine Steuerung des Ventils, insbesondere eine Steuerung der Bestromung der Spulen in einer Art und Weise vorgenommen wird, dass mehrere Kraftkomponenten erzeugt werden, die eine Bewegung des
Schließelements aus einer Position in eine zweite Position unterstützen. Vorteilhaft wird hierdurch ein energieeffizientes Schalten ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Verfahren zur Montage eines bistabilen Ventils mit einer Führungshülse und mit einem oberen Polkern und einem unteren Polkern und einem Schließelement mit einer Magnetbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass - in einem ersten Schritt der obere Polkern mit der Führungshülse verbunden wird und in einem zweiten Schritt das Schließelement in dem unteren Polkern positioniert wird und in einem dritten Schritt das Schließelement zusammen mit dem unteren Polkern in die Führungshülse eingebracht und in einem vierten Schritt der untere Polkern zusammen mit dem Schließelement in der Führungshülse positioniert und mit dieser verbunden wird oder
- in einem ersten Schritt der obere Polkern mit der Führungshülse verbunden wird und in einem zweiten Schritt das Schließelement in der Führungshülse positioniert wird und in einem dritten Schritt der unteren Polkern in die Führungshülse eingebracht und in einem vierten Schritt der untere Polkern in der Führungshülse positioniert und mit dieser verbunden wird.
Hierunter ist ein Verfahren zur Montage eines bistabilen Ventils mit einer
Führungshülse und mit einem oberen Polkern und einem unteren Polkern und einem Schließelement mit einer Magnetbaugruppe gemäß der vorliegenden Beschreibung zu verstehen, wobei zunächst der obere Polkern mit der Führungshülse verbunden wird und anschließend das Schließelement zusammen mit dem unteren Polkern in die Führungshülse eingebracht wird und der untere Polkern mit der Führungshülse verbunden wird. Alternativ ist vorgesehen, dass zunächst der obere Polkern mit der Führungshülse verbunden wird und anschließen das Schließelement in die
Führungshülse eingebracht wird und anschließend der untere Polkern in die
Führungshülse eingebracht und verbunden wird. Vorteilhaft wird auf diese Weise eine einfache Montage des Ventils ermöglicht.
Weiterhin ist erfindungsgemäß ein hydraulisches Bremssystem für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem bistabilen Magnetventil gemäß der vorliegenden Beschreibung zur Steuerung eines Bremsfluides vorgesehen.
Hierunter wird verstanden, dass beispielsweise ein automatisiertes
Feststellbremssystem mit einem hydraulischen Bremsfluid das beschriebene bistabile Ventil integrieren kann. Hierdurch kann das Magnetventil in einer offenen oder geschlossenen Position gehalten werden. Weiterhin erfolgt vorteilhaft die Umstellung von einer Position in die andere in sehr effizienter Weise. Ebenfalls kann durch die Vermeidung einer Dauerbestromung zum Halten einer Position die Geräusch- und Vibrationsentwicklung weitgehend reduziert oder sogar vermieden werden. Ausführungsformen
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der Beschreibung einzeln aufgeführten
Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeit der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren.
Von den Figuren zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines bistabilen Magnetventil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 2 eine Detailansicht des Schließelements und der Magnetbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 3 eine Prinzip-Skizze der Wirkkräfte und Bewegungen bei unterschiedlicher Bestromung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines bistabilen Magnetventils. Das Magnetventil 1 weist dabei eine Führungshülse 2 auf. In dieser Führungshülse 2 ist ein oberer Polkern 5 und ein unterer Polkern 6 verankert. Weiterhin ist in der
Führungshülse 2 ein Schließelement 3 beweglich positioniert. Mit diesem
Schließelement 3 fest verbunden ist einen Magnetbaugruppe 8. Diese
Magnetbaugruppe 8 besteht aus zwei Permanentmagneten 8'und 8". Die beiden Permanentmagnete 8'und 8" sind durch eine Isolierung 9 getrennt voneinander. Das Schließelement 3 wirkt in einer unteren Position mit dem Ventilsitz 4 dichtend zusammen, wie in der Fig. 1 dargestellt. Bei einer Auslenkung aus dieser Position gibt das Schließelement 3 den Ventilsitz 4 frei und ermöglicht den Fluss eines
hydraulischen Mediums. Das Schließelement 3 läuft dabei durch ein Loch in dem unteren Polkern 6 und wird hierdurch geführt. Auf die Führungshülse 2 ist weiterhin eine Spule 7 aufgeschoben. Diese Spule 7 umfasst die Führungshülse 2
vollumfänglich. Die Länge der Spule 7, bzw. die Position des oberen Polkerns 5 und unteren Polkerns 6 sind so gewählt, bzw. aufeinander abgestimmt, dass die Spule 7 den oberen Polkern 5 und unteren Polkern 6 zumindest teilweise umfasst. Die
Polkerne 5, 6 ragen dabei jeweils in die Erregerspule, d.h. die Spule 7, hinein und füllen diese auf einen Teil ihrer Länge aus. In Fig. 2 ist eine Detailansicht des Schließelements und der Magnetbaugruppe gezeigt.
Die Permanentmagneten-Baugruppe 8 wird dabei aus einem oberen
Permanentmagneten 8' und einem unteren Permanentmagneten 8" gebildet. Die beiden Permanentmagnete 8' und 8" sind durch die Isolierung 9 voneinander getrennt angeordnet. Die Permanentmagnete 8' und 8" weisen weiterhin ein Loch auf, durch welches das Schließelement 3 geführt ist. Das Schließelement 3 ist dabei aus
Kunststoff geformt. Für die Herstellung wird bspw. ein Spritzgussverfahren eingesetzt. Durch die Anspritzung und Hinterschneidung wird eine feste Verbindung zwischen der Magnetbaugruppe 8 und dem Schließelement 3 gewährleistet. Fig. 3 zeigt eine Prinzip-Skizze der Wirkkräfte und Bewegungen bei unterschiedlicher
Bestromung. Die linke Darstellung zeigt dabei eine Magnetfeldlinie eines entstehenden Magnetfelds und Wirkkräfte bei einer ersten Bestromung. Hierbei wird mittels Anlegen einer definierten ersten (bspw. positiven) Spannung an die Spule 7 ein polarisiertes Magnetfeld erzeugt. Die dargestellte ovale Linie zeigt beispielhaft eine Magnetfeldlinie. Durch dieses Magnetfeld, wird auch der obere Polkern 5 und der untere Polkern 6 magnetisiert. Die Magnetisierung der Polkerne (sowie das durch die Spule 7 erzeugte Magnetfeld) führt zu einer Wechselwirkung mit der Magnetbaugruppe 8. Beispielsweise wird die Magnetbaugruppe 8 (genau genommen der untere Permanentmagnet 8') durch den polarisiert magnetisierten unteren Polkern 6 abgestoßen. Gleichzeitig wird die Magnetbaugruppe 8 (genau genommen der obere Permanentmagnet 8") durch den polarisiert magnetisierten oberen Polkern 5 angezogen. Hierdurch ergibt sich eine Bewegung der axial beweglichen Magnetbaugruppe 8 sowie des damit fest
verbundenen Schließelements 3 in die obere Position. Diese Kraft sowie daraus folgende Bewegung ist durch den nach oben gerichteten Pfeil dargestellt. In der oberen Position wird das Schließelement 3 durch die Magnetkraft der Magnetbaugruppe 8
(insbesondere des oberen Permanentmagneten 8') auch nach einer Wegnahme der Bestromung der Spule 7 gehalten. Das Magnetventil 1 befindet sich damit in einem stabilen geöffneten Zustand. Die rechte Darstellung der Fig. 3 zeigt weiterhin das Magnetfeld und Wirkkräfte bei einer zweiten Bestromung. Hierbei wird mittels Anlegen einer definierten zweiten (bspw. negativen) Spannung an die Spule 7 ein in Bezug auf die erste definierte Spannung entgegen gesetzt polarisiertes Magnetfeld erzeugt. In analoger Weise zu der bisherigen Beschreibung wird die Magnetbaugruppe 8 (genau genommen der untere Permanentmagnet 8') durch den entgegengesetzt polarisiert magnetisierten oberen Polkern 5 abgestoßen. Gleichzeitig wird die Magnetbaugruppe 8 (genau genommen der obere Permanentmagnet 8") durch den entgegengesetzt polarisiert magnetisierten unteren Polkern 6 angezogen. Hierdurch ergibt sich eine Bewegung der axial beweglichen Magnetbaugruppe 8 sowie des damit fest verbundenen Schließelements in die untere Position. In der unteren Position wird das Schließelement durch die Magnetkraft der Magnetbaugruppe 8 (insbesondere des unteren Permanentmagneten 8") auch nach einer Wegnahme der Bestromung der
Spule 7 gehalten. Das Magnetventil 1 befindet sich damit in einem stabilen geschlossenen Zustand.

Claims

Ansprüche
1. Bistabiles Magnetventil (1) für ein hydraulisches Bremssystem,
mit einer Führungshülse (2) in welcher ein oberer unbewegter Polkern (5) fest und ein Schließelement (3) verlagerbar angeordnet ist,
wobei das Schließelement (3) während einer Schließbewegung in einen Ventilsitz (4) drängt und während einer Öffnungsbewegung aus dem Ventilsitz (4) abhebt und das Schließelement (3) mit einer Magnetbaugruppe (8) fest verbunden ist wobei eine Aktuierung der Bewegung des Schließelements (3) mittels der
Magnetbaugruppe (8) über eine Spule (7) erfolgt, welche um die Führungshülse (2) positioniert ist und diese im Wesentlichen umfasst
dadurch gekennzeichnet dass
ein unterer unbewegter Polkern (6) in der Führungshülse (2) fest angeordnet ist und die Magnetbaugruppe (8) zwischen dem unteren Polkern (6) und dem oberen Polkern (5) positioniert ist.
2. Bistabiles Magnetventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetbaugruppe (8) an das Schließelement (3) angespritzt ist.
3. Bistabiles Magnetventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetbaugruppe (8) an einer dem oberen Polkern
(5) zugewandten Seite der Magnetbaugruppe (8) sowie an einer dem untern Polkern
(6) zugewandten Seite der Magnetbaugruppe (8) gleichgerichtete Magnetpole aufweist, insbesondere jeweils einen magnetischen Südpol oder jeweils einen magnetischen Nordpol aufweist.
4. Bistabiles Magnetventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetbaugruppe (8) mehrere Permanentmagnete (8', 8") umfasst, insbesondere zwei Permanentmagnete (8', 8") umfasst.
5. Bistabiles Magnetventil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (8',8") gegenläufig positioniert sind.
6. Bistabiles Magnetventil (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (8', 8") durch eine Isolierung (9) getrennt sind.
7. Bistabiles Magnetventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere unbewegte Polkern (6) in die Führungshülse (2) eingepresst ist.
8. Bistabiles Magnetventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der unterer Polkern (6) so positioniert ist, dass er sich zumindest teilweise innerhalb der Spule (7) befindet und/oder dass der obere Polkern (5) so positioniert ist, dass er sich zumindest teilweise innerhalb der Spule (7) befindet
9. Bistabiles Magnetventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (3) aus nicht-magnetisierbarem Material, insbesondere Kunststoff, besteht.
10. Verfahren zur Steuerung eines bistabilen Magnetventils (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestromung des Magnetventils (1) in einer ersten Stromrichtung zu einer derartigen Magnetisierung des oberen Polkerns (5) und unteren Polkerns (6) führt, dass der obere Polkern (5) einen ihm zugeordneten Permanentmagneten (8') der Magnetbaugruppe (8) abstößt und der untere Polkern (6) einen ihm zugeordneten Permanentmagneten (8") der
Magnetbaugruppe 08 anzieht sowie eine Bestromung des Magnetventils (1) in einer zweiten Stromrichtung zu einer derartigen Magnetisierung des oberen Polkerns (5) und unteren Polkerns (6) führt, dass der untere Polkern (6) einen ihm zugeordneten Permanentmagneten (8") der Magnetbaugruppe (8) abstößt und der obere Polkern (5) einen ihm zugeordneten Permanentmagneten (8') der Magnetbaugruppe (8) anzieht.
11. Verfahren zur Montage eines bistabilen Magnetventils (1) mit einer
Führungshülse (2) und mit einem oberen Polkern (5) und einem unteren Polkern (6) und einem Schließelement (3) mit einer Magnetbaugruppe (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- in einem ersten Schritt der obere Polkern (5) mit der Führungshülse (2) verbunden wird und in einem zweiten Schritt das Schließelement (3) in dem unteren Polkern (6) positioniert wird und in einem dritten Schritt das Schließelement (3) zusammen mit dem unteren Polkern (6) in die Führungshülse (2) eingebracht und in einem vierten Schritt der untere Polkern (6) zusammen mit dem Schließelement (3) in der Führungshülse (2) positioniert und mit dieser verbunden wird oder
- in einem ersten Schritt der obere Polkern (5) mit der Führungshülse (2) verbunden wird und in einem zweiten Schritt das Schließelement (3) in der Führungshülse (2) positioniert wird und in einem dritten Schritt der unteren Polkern (6) in die
Führungshülse (2) eingebracht und in einem vierten Schritt der untere Polkern (6) in der Führungshülse (2) positioniert und mit dieser verbunden wird.
12. Hydraulisches Bremssystem für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem bistabilen Magnetventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Steuerung eines Bremsfluides.
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