DE102012207986A1

DE102012207986A1 - Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen

Info

Publication number: DE102012207986A1
Application number: DE201210207986
Authority: DE
Inventors: Christian Schulz; Christoph Voss; Ulrich Zutt
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2013-11-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil mit in einem Ventilgehäuse (1) in Reihe angeordneten zwei Ventilschließkörpern (7, 8), die abhängig von der Schaltstellung eines Magnetankers (15) betätigbar sind, dessen Stirnfläche mit einer Durchgangsbohrung (11) versehen ist, sodass die Stirnfläche, die von einem im Ventilgehäuse (1) fixierten Magnetkern (14) abgewandt ist, als Ringfläche (4) ausgebildet ist, die an einer Stirnfläche (10) des ersten Ventilschließkörpers (7) anlegbar ist, der unter der Wirkung einer Rückstellfeder (16) den zweiten Ventilschließkörper (8) kontaktiert. Um ein unerwünschtes Anhaften des ersten Ventilschließkörpers (7) an der hydraulisch benetzten Ringfläche (4) des Magnetankers (15) zu verhindern, sieht die Erfindung vor, dass zwischen der Ringfläche (4) und der Stirnfläche (10) ein Hohlraum (20) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2005 014 100 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil der angegebenen Art bekannt geworden, dessen Magnetanker und ein den Magnetanker formschlüssig kontaktierender Ventilschließkörper mit planen Stirnflächen versehen sind, sodass infolge der Viskosität des im Ventilgehäuse befindlichen Druckmittels ein unerwünschtes Anhaften des Ventilschließkörpers am Magnetanker zu einer unerwünschten Schaltverzögerung führen kann.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen, funktionsgerechten Mitteln kostengünstig und kleinbauend auszuführen und derart zu verbessern, dass die vorgenannten Nachteile nicht auftreten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Elektromagnetventil der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im nachfolgenden aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand mehrerer Zeichnungen hervor.
Es zeigen:
1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektromagnetventils im Längsschnitt, mit einem in einem Koppelelement geführten ersten Ventilschließkörper, das an einem Magnetanker fixiert ist,
2 eine Perspektivansicht auf eine Ringfläche des in 1 im Längsschnitt gezeigten Magnetankers, die zwecks Ausbildung eines geeigneten Hohlraums zwischen der Ringfläche und dem Ventilschließkörper mit sternförmig angeordneten Nuten versehen ist,
3 eine Perspektivansicht auf einen zur Ausbildung des Hohlraums an der Ringfläche des Magnetankers geeigneten Prägestempel.
Die 1 zeigt in einer erheblichen Vergrößerung ein Elektromagnetventil im Längsschnitt mit einem dünnwandig ausgeführten Ventilgehäuse 1, das einen am Außenumfang des Ventilgehäuses ausgebildeten Haltekragen 2 aufweist, der durch spanlose Umformung beispielsweise als Kaltschlagteil hergestellt ist. Der Haltekragen 2 wird in einer gestuften Aufnahmebohrung eines nicht abgebildeten Ventilträgers eingesetzt und mittels einer umlaufenden Außenverstemmung druckmitteldicht im Ventilträger fixiert. Oberhalb des Haltekragens 2 ist der offene Endabschnitt des hülsenförmigen Ventilgehäuses 1 mit einem Stopfen verschlossen, der gleichzeitig die Funktion eines Magnetkerns 14 übernimmt. Auch der Stopfen besteht aus einem kostengünstigen und hinreichend präzise gefertigten Kaltschlagteil, das mit dem Ventilgehäuse 1 am Außenumfang laserverschweißt ist. Unterhalb des Stopfens befindet sich ein Magnetanker 15, der aus einem Rund- oder Mehrkantprofil durch Kaltschlagen bzw. Fließpressen gleichfalls sehr kostengünstig hergestellt ist. Der Magnetanker 15 verschließt unter der Wirkung einer Rückstellfeder 16 in der Ventilgrundstellung mit dem im Fortsatz des Magnetankers 15 angeordneten ersten Ventilkörper 7 einen ersten, in einem zweiten Ventilschließkörper 8 angeordneten Ventildurchlass 5. Hierzu ist der erste Ventilschließkörper 7 zweckmäßigerweise durch ein am Magnetanker 15 fixiertes Koppelelement 28 geführt. Der zweite Ventilschließkörper 8 ist im Wesentlichen als hülsenförmiger Ventilkolben ausgeführt, der unter der Wirkung einer den zweiten Ventilschließkörper 8 von seinem Ventilsitzkörper 27 anhebenden Feder 17 beaufschlagt ist. Die Feder 17 stützt sich hierzu an einem Rand des zweiten Ventilschließkörpers 8 ab.
Infolge der Wirkung der Rückstellfeder 16 sind in der abbildungsgemäßen Ventilgrundstellung beide hintereinander angeordnet Ventilschließkörper 7, 8 in ihrer Schließstellung, sodass sowohl der erste, im Ventilkolben angeordnete Ventildurchlass 5 durch den ersten Ventilschließkörper 7 als auch ein im unteren Ende des Ventilgehäuses 1 vorgesehener zweiter Ventildurchlass 6 durch den zweiten Ventilschließkörper 8 verschlossen sind, dessen freischaltbarer Durchlassquerschnitt abhängig vom hydraulischen Differenzdruck erheblich größer ist als der elektromagnetisch freischaltbare Öffnungsquerschnitt am ersten Ventildurchlass 5.
Ein Druckmitteleinlass 13 setzt sich über einen Ringfilter 12 zur gestanzten Querbohrung 21 im Ventilgehäuse 1 fort, so dass einlassseitiges Druckmittel unmittelbar am zweiten Ventilschließkörper 8 ansteht, dessen in der Horizontalebene angeordneten Querbohrungen 21 einen widerstandsarmen, umlenkungsfreien und damit einen direkten Strömungsweg zum zweiten Ventilkörper 8 gewährleisten. Gleichfalls besteht ein weiterer Strömungsweg über die Querbohrungen 18 zum ersten Ventilkörper 7.
Die Feder 17 befindet sich außerhalb des den Druckmitteleinlass 13 mit dem Druckmittelauslass 19 verbindbaren Strömungswegs, wozu entfernt vom Strömungsweg die Führungshülse 3 im Ventilgehäuse 1 eingesetzt ist, an der sich das vom zweiten Ventilschließkörper 8 abgewandte Ende der Feder 17 abstützt. Folglich ist die Feder 17 oberhalb der Querbohrungen 21 an der Führungshülse 3 angeordnet. Die Führungshülse 3 stützt sich an einer Gehäusestufe 9 im Ventilgehäuse 1 ab. Diese Gehäusestufe 9 ist oberhalb der das Ventilgehäuse 1 durchdringenden Querbohrung 21 angeordnet. Die Führungshülse 3 ist im Topfboden derart geöffnet, dass in deren Öffnung der zweite Ventilschließkörper 8 in Richtung auf den Ventilsitzkörper 27 geführt und zentriert werden kann. Das untere Ende der Feder 17 stützt sich am Topfboden der Führungshülse 3 ab. Der vom Topfboden abgewandte Topfrand ist nach der Innenwand des Ventilgehäuses 1 abgekröpft. Hierdurch ist zwischen dem Außenmantel des Hülsentopfs und der Innenwand des hülsenförmigen Ventilgehäuses 1 ein Ringraum 25 gelegen, der über Druckausgleichsöffnungen 18, die im Ventilgehäuse 1 und am Umfang des Hülsentopfs angeordnet sind, zwischen dem Druckmitteleinlass 13 und einem Magnetankerraum 26 eine permanente Druckmittelverbindung herstellt. Die Führungshülse 3 besteht aus einem tiefgezogenen Dünnblech, in welches die Druckausgleichsöffnungen 18 eingestanzt oder eingeprägt sind. Hierdurch ergeben sich besonders kleine, kostengünstige und präzise herzustellende Ventilteile.
Der zweite Ventildurchlass 6 ist zur mechanischen Entlastung des Ventilgehäuses 1 in einem scheiben- oder hülsenförmigen Ventilsitzkörper 27 vorgesehen, der an der Innenwand des Ventilgehäuses 1 mittels Presssitz gehalten ist. Der Ventilsitzkörper 27 besteht aus einem verschleißfesten Metall. Er ist in seiner Bauhöhe derart gewählt, dass der zweite Ventilschließkörper 8 auf der Höhe der diametralen Querbohrungen 21 des Ventilgehäuses 1 endet.
Der Magnetanker 15 ist relativ zum ersten Ventilschließkörper 7 beweglich ausgeführt, so dass vorteilhaft eine elektromagnetische Betätigung des Magnetankers 15 gewährleistet ist, die nicht von der hydraulischen Schließkraft beeinträchtigt wird, die den ersten Ventilschließkörper 7 entgegengesetzt zum Öffnungshub des Magnetankers 15 beaufschlagt. Der erste Ventilschließkörper 7 ist daher in der einfachsten Ausführung über ein definiertes Axialspiel mit dem Magnetanker 15 gekoppelt.
Um nach einem anfänglichen Teilhub des Magnetankers den ersten Ventilschließkörper 7 anheben zu können, befindet sich am Magnetanker 15 das Koppelelement 28, das den ersten Ventilschließkörper 7 in gewissen Grenzen relativ beweglich am Magnetanker 15 hält. Das Koppelelement 28 ist bevorzugt als eine am Magnetanker 15 befestigte Hülse ausgeführt, die eine ringscheibenförmige Anschlagschulter 29 aufweist, durch deren Öffnung sich der erste Ventilschließkörper 7 mit seinem Stößelabschnitt 22 in Richtung auf den zweiten Ventilschließkörper 8 erstreckt. Oberhalb des Stößelabschnitts 22 schließt sich ein Bund 30 an, welcher in der abgebildeten elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung mit seiner Stirnfläche 10 an einer Ringfläche 4 des Magnetankers 15 anliegt, die von einer Durchgangsbohrung 11 durchdrungen ist.
Der Bund 30 weist in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung einen Axialabstand vom Hülsenende des Koppelelement 28 auf, wobei der Axialabstand dem anfänglichen, gegenüber dem ersten Ventilschließkörper 7 relativ bewegten Magnetankerhub entspricht, bei dem der erste Ventilschließkörper 7 während der elektromagnetischen Erregung des Magnetankers 15 unter der Wirkung unterschiedlicher Hydraulikdrücke am zweiten Ventilschließkörper 8 verharrt.
Das Koppelelement 28 besteht aus einem vorzugsweise im Tiefziehverfahren hergestellten Dünnblech, das kraft- und/ oder formschlüssig mit dem Magnetanker 15 verbunden ist. Nach 1 ist das Koppelelement 28 als Hülsentopf ausgeführt, der den Bund 30 und den Stößelabschnitt 22 aufnimmt.
Um ein unerwünschtes Anhaften des ersten Ventilschließkörpers 7 an der hydraulisch benetzten Ringfläche 4 des Magnetankers 15 zu verhindern, ist beim Anliegen des Magnetankers 15 am Ventilschließkörper 7 zwischen der Ringfläche 4 des Magnetankers 15 und der Stirnfläche 10 des Ventilschließkörpers 7 ein die Kontaktfläche des Magnetankers 15 am Ventilschließkörper 7 reduzierender Hohlraum 20 (siehe 2) vorgesehen, wodurch weitgehend unabhängig von der hydraulischen Benetzung ein verbessertes Lösen der Stirnfläche 10 von der Ringfläche 4 gewährleistet wird.
Prinzipiell ist dieser Hohlraum 20 durch eine Unstetigkeitsstelle oder Unebenheit an der Ringfläche 4 des Magnetankers 15 und/oder durch eine Unstetigkeitsstelle oder Unebenheit an der Stirnfläche 10 des Ventilschließkörpers 7 hergestellt. Beispielsweise eignet sich eine Gravur in der Ringfläche 4 des Magnetankers 15 und/oder eine Gravur an der Stirnfläche 10 des Ventilschließkörpers 7, um einen gewünschten Antihafteffekt durch die Unstetigkeitsstelle oder Unebenheit zu realisieren, die zu dem gewünschten Zwischenraum bzw. Hohlraum 20 zwischen der Ringfläche 4 und der Stirnfläche 10 führt.
Eine besonders effektive Ausführungsform der Erfindung soll nunmehr ausgehend von 1 anhand der 2 erläutert werden, wonach der Hohlraum 20 durch mehrere Nuten gebildet ist, die sternförmig zwischen der Ringfläche 4 des Magnetankers 15 und der Stirnfläche 10 des Ventilschließkörpers 7 angeordnet sind.
Die Nuten erstrecken sich somit zur Bildung des erforderlichen Hohlraums 20 und zwecks einer damit verbundenen Segmentierung der Ringfläche 4 des Magnetankers 15 von der innerhalb der Ringfläche 4 des Magnetankers 15 gelegenen Durchgangsbohrung 11 radial nach außen, mit der Besonderheit, dass die Tiefe der Nuten zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang der Ringfläche 4 unterschiedlich bemessen ist, um eine möglichst effektive Antihaftwirkung des ersten Ventilschließkörpers 7 am Magnetanker 15 zu erzielen. Wie aus der 2 ersichtlich ist, beträgt hierzu die Tiefe der Nuten am Innenumfang der Ringfläche 4 ein Maximum, während sich die Nuttiefe am Außenumfang auf ein Minimum beschränkt.
Somit ergibt sich eine Hohlraumkonfiguration an der Ringfläche 4 mittels sternförmig angeordneten Nuten, sodass sich der nutförmige Hohlraum 20 besonders einfach und präzise durch einen lotrecht auf die Ringfläche 4 des Magnetankers 15 einwirkenden Prägestempel 23 herstellen lässt, der nachfolgend aus 3 zu entnehmen ist. Wie aus 3 ersichtlich ist, weist der Prägestempel 23 zur Ausbildung von nutförmigen Hohlräumen 20 an der Ringfläche 4 an seiner Stirnseite einen sternförmig ausgeführten Rampenvorsprung 24 auf. In der Mitte des sternförmigen Rampenvorsprungs 24 ist ein Noppen 31 vorgesehen, dessen Kontur zweckmäßig an die Durchgangsbohrung 11 in der Ringfläche 4 des Magnetankers 15 angepasst ist
Unter Zusammenschau der 2 und 3 wird somit abhängig vom Hub des Prägestempels 23 das Material des Magnetankers 15 im Bereich der Ringfläche 4 unter Einwirkung einer nach Größe und Richtung definierten Kraft des Prägestempels 23 auf die Ringfläche 4 radial in Richtung auf den Innenumfang der Ringfläche 4 plastisch verformt, sodass die Verformung auf den unkritischen Innenbereich des Magnetankers 15 beschränkt ist, der hinsichtlich zulässiger Formgenauigkeit und Passungstoleranzen unbedenklich ist.
Funktionsweise des Elektromagnetventils nach 2:
In der abgebildeten, elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung nehmen infolge der Schließkraft der Druckfeder 16, deren Federkraft größer dimensioniert ist als die Kraft der entgegengesetzt wirkenden Feder 17, beide Ventilschließkörper 7, 8 ihre Ventilschließstellungen ein.
Unter der Voraussetzung, dass gleiche hydraulische Drücke im Druckmitteleinlass 13 und Druckmittelauslass 19 vorherrschen, legt der Magnetanker 15 bei elektromagnetischer Erregung bis zum Anliegen am Magnetkern 14 einen Hub zurück, der dem maximalen Hub des zweiten Ventilschließkörpers 8 entspricht. Da die Wirkung der Rückstellfeder 16 auf die Ventilschließkörper 7, 8 in der elektromagnetischen Erregung überwunden ist, bewegen sich beide aneinander anliegende Ventilschließkörper 7, 8 infolge der Wirkung der Feder 17 synchron zur Magnetankerbewegung, sodass der maximale Querschnitt am Ventildurchlass 6 sofort nach elektromagnetischer Erregung freigegeben wird.
Ist aber der Druck im Druckmitteleinlass 13 größer als der Hydraulikdruck am Druckmittelauslass 19, vermindert sich die Wirkung der Feder 17 auf den zweiten Ventilschließkörper 8 um den aus der hydraulischen Beaufschlagung des zweiten Ventilschließkörpers 8 resultierenden Kraftbetrag. Dementsprechend vermindert bzw. eliminiert sich auch die Rückwirkung der Feder 17 auf den ersten Ventilschließkörper 7, der zusätzlich zur Kraftwirkung der Rückstellfeder 16 unter der Wirkung der hydraulischen Druckdifferenz im Schließsinn beaufschlagt wird.
Erfolgt unter den dargelegten Gegebenheiten nunmehr eine elektromagnetisch initiierte Hubbewegung des Magnetankers 15, so legt der Magnetanker 15 unter Kompression der Rückstellfeder 16 zunächst bis zum Anliegen der Innenschulter 29 am Bund 30 den Axialabstand X1 zurück, was einem Teilhub des Magnetankers 15 entspricht. Während diesem Teilhub verharrt somit der erste, hydraulisch nicht druckausgeglichene Ventilschließkörper 7 unter der Wirkung des hydraulischen Drucks in der abgebildeten Schließstellung am zweiten Ventilschließkörper 8. In dem Moment, wenn infolge der Relativbewegung des Magnetankers 15 gegenüber dem ersten Ventilschließkörper 7 die Innenschulter 29 des Koppelelements 28 den Bund 30 berührt, ist der Abstand des Magnetankers 15 vom Magnetkern 14 bereits um den Teilhub auf ein Minimum reduziert, sodass vorteilhaft nur eine geringe elektromagnetische Erregung erforderlich ist, um zum Abheben des ersten Ventilschließkörpers 7 vom Ventildurchlass 5 den verbliebenen minimalen Luftspalt zwischen Magnetkern und Magnetanker zu überbrücken.
Somit wird der erste Ventilschließkörper 7 erst kurz bevor der Magnetanker 15 den Magnetkern 14 erreicht, über das Koppelelement 28 angehoben, wodurch sich der erste Ventilschließkörper 7 vom zweiten Ventilschließkörper 8 entfernt und den blendenförmigen Ventildurchlass 5 freigibt. Damit ist auf verhältnismäßig einfache Weise die Voraussetzung geschaffen, dass auch der zweite Ventilschließkörper 8 durch die Feder 17 unterstützt den drosselfreien großen Querschnitt des Ventildurchlasses 6 zu öffnen vermag, sobald ein hydraulischer Druckausgleich über den Ventildurchlass 5 gewährleistet ist.
Bezugszeichenliste

1: Ventilgehäuse
2: Haltekragen
3: Führungshülse
4: Ringfläche
5,6: Ventildurchlässe
7: erster Ventilschließkörper
8: zweiter Ventilschließkörper
9: Gehäusestufe
10: Stirnfläche
11: Durchgangsbohrung
12: Ringfilter
13: Druckmitteleinlass
14: Magnetkern
15: Magnetanker
16: Rückstellfeder
17: Feder
18: Druckausgleichsöffnung
19: Druckmittelauslass
20: Hohlraum
21: Querbohrung
22: Stößelabschnitt
23: Prägestempel
24: Rampenvorsprung
25: Ringraum
26: Magnetankerraum
27: Ventilsitzkörper
28: Koppelelement
29: Innenschulter
30: Bund
31: Noppen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005014100 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetventil in Sitzventilbauweise, insbesondere für schlupfgeregelte hydraulische Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten Ventilschließkörper und einem Magnetanker, dessen Stirnfläche mit einer Durchgangsbohrung versehen ist, sodass die Stirnfläche, die von einem im Ventilgehäuse fixierten Magnetkern abgewandt ist, als Ringfläche ausgebildet ist, die an einer Stirnfläche des Ventilschließkörpers anlegbar ist, wobei ein am Magnetanker fixierten Koppelelement den Ventilschließkörper relativ beweglich zum Magnetanker aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anliegen des Magnetankers (15) am Ventilschließkörper (7) zwischen der Ringfläche (4) des Magnetankers (15) und der Stirnfläche (10) des Ventilschließkörpers (7) ein die Kontaktfläche des Magnetankers (15) am Ventilschließkörper (7) reduzierender Hohlraum (20) vorgesehen ist, wodurch ein Anhaften der Stirnfläche (10) an der Ringfläche (4) verhindert ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (20) durch eine Unstetigkeitsstelle oder Unebenheit an der Ringfläche (4) des Magnetankers (15) und/oder durch eine Unstetigkeitsstelle oder Unebenheit an der Stirnfläche (10) des Ventilschließkörpers (7) hergestellt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (20) durch eine Gravur in der Ringfläche (4) des Magnetankers (15) und/oder durch eine Gravur an der Stirnfläche (10) des Ventilschließkörpers (7) hergestellt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (20) durch mehrere Nuten gebildet ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten sternförmig zwischen der Ringfläche (4) des Magnetankers (15) und der Stirnfläche (10) des Ventilschließkörpers (7) angeordnet sind.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (20) durch die Anordnung mehrere Nuten gebildet ist, die von der Durchgangsbohrung (11) innerhalb der Ringfläche (4) des Magnetankers (15) radial nach außen gerichtet sind.
Elektromagnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Nuten zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang der Ringfläche (4) unterschiedlich ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Nuten am Innenumfang der Ringfläche (4) ein Maximum sowie am Außenumfang ein Minimum ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (20) mittels eines lotrecht auf die Ringfläche (4) des Magnetankers (15) einwirkenden Prägestempels (23) hergestellt ist, wozu das Material des Magnetankers (15) im Bereich der Ringfläche (4) unter Einwirkung einer nach Größe und Richtung definierten Kraft des Prägestempels (23) auf die Ringfläche (4) abhängig vom Hub des Prägestempels (23) radial in Richtung auf den Innenumfang der Ringfläche (4) plastisch verformt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägestempel (23) zur Ausbildung von nutförmigen Hohlräumen (20) an der Ringfläche (4) an seiner Stirnseite einen sternförmig ausgeführten Rampenvorsprung (24) aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mitte des sternförmigen Rampenvorsprungs (24) ein Noppen (31) vorgesehen ist, dessen Kontur an die Durchgangsbohrung (11) in der Ringfläche (4) des Magnetankers (15) angepasst ist.