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Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten ersten und einem zweiten Ventilschließkörper, die in koaxialer Anordnung im Ventilgehäuse einen ersten als auch einen zweiten Ventildurchlass zu öffnen oder zu verschließen vermögen, mit einem in das Ventilgehäuse einmündenden Druckmitteleinlass und einem Druckmittelauslass, wobei der erste Ventilschließkörper abhängig von der Erregung eines Elektromagneten den im zweiten Ventilschließkörper gelegenen ersten Ventildurchlass zu öffnen oder zu verschließen vermag und wobei der zweite Ventilschließkörper unter dem Einfluss einer Rückstellfeder in der Offenstellung des ersten Ventildurchlasses den zweiten Ventildurchlass freigibt, so dass ein im Druckmitteleinlass anstehendes Druckmittel entlang einem Strömungsweg innerhalb des Ventilgehäuses, in dem sich der erste als auch der zweite Ventildurchlass befindet, zum Druckmittelauslass gelangt, wobei der erste Ventilschließkörper in einem Mitnehmer von einer vorgespannten Spannfeder gefesselt gehalten ist.
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Der erste Ventilschließkörper ist – wie oben erwähnt – vom Mitnehmer durch die Kraft einer vorgespannten Spannfeder gefesselt gehalten. Der Mitnehmer besteht aus zwei Metallhülsen, die ineinander gesteckt und auf ihrem Umfang miteinander verpresst sind. Der Mitnehmer wird in einer im Ventilgehäuse gehaltenen Führungshülse geführt und stützt sich am zweiten Ventilschließkörper ab. Dieser ist mittels einer Rückstellfeder, die sich an der Führungshülse abstützt, in Offenstellung gehalten. Mit Betätigung des Ventils wirkt eine Stellkraft auf den ersten Ventilschließkörper, der in Schließrichtung verschoben wird und dabei wegen der Fesselung den Mitnehmer mitnimmt. Da dieser sich am zweiten Ventilschließkörper abstützt, wird dieser in Schließrichtung gegen die Kraft der Rückstellfeder verschoben, bis der zweite Ventildurchgang geschlossen ist. Wenn die Stellkraft weiter erhöht wird, bewegt sich der erste Ventilschließkörper gegen die Kraft der Spannfeder und unter Zurücklassung des Mitnehmers gegen den ersten Ventildurchgang. Der Schaltpunkt wird dabei durch die Vorspannung der Spannfeder bestimmt.
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Da der zweite Ventilschließkörper und die dazugehörige Rückstellfeder unterhalb des Mitnehmers angeordnet sind, ergibt sich eine große Bauhöhe. Außerdem benötigt die Anordnung eine mit dem Ventilgehäuse zu verbindende Führungshülse.
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Die Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, die Anzahl der Bauteile im Elektromagnetventil zu verringern, einen leichten Zusammenbau zu realisieren und die Bauhöhe des Elektromagnetventils zu verkleinern.
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Zur Lösung des Problems wird daher vorgeschlagen, dass der zweite Ventilschließkörper einstückig mit einem axialen Fortsatz versehen ist, der sich koaxial und seitlich zum und ersten Ventilschließkörper erstreckt und der an seinem freien Ende einen radial nach außen gerichteten Flansch aufweist, an dem die Rückstellfeder abgestützt ist.
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Dies hat zur Folge, dass die beiden Federn im Wesentlichen auf gleicher Höhe angeordnet sind, so dass sich die Bauhöhe des Ventils verkleinert.
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Um das Gewicht des Ventils möglichst klein zu halten, besteht der Fortsatz aus wenigstens drei in axialer Richtung vom zweiten Ventilschließkörper abstehenden Armen.
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Um auf eine gesonderte Führungshülse verzichten zu können, sieht die Erfindung weiterhin vor, dass der Fortsatz die Führung für den Mitnehmer bildet. Dazu sind die Arme möglichst gleichmäßig auf den Umfang des zweiten Ventilkörpers verteilt, wobei der Mitnehmer an den Innenflächen der Arme anliegt, so dass er von diesen axial geführt wird.
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Der Mitnehmer besteht aus einer topfförmigen Hülse und einem Ring, der in die Hülse eingepresst ist. Hülse und Ring bestehen dabei aus einem Kunststoff, was den Zusammenbau erleichtert.
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Die Anzahl der Bauteile wird noch weiter verringert, wenn der Fortsatz einen Teil des Mitnehmers bildet und dazu an seinem freien Ende einen nach innen gerichteten Vorsprung aufweist, an dem ein Kragen des ersten Ventilschließkörpers anliegt. Damit entfallen gesonderte Bauteile für den Mitnehmer.
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Um den ersten Ventilschließkörper zwischen den Armen platzieren zu können, ist vorgesehen, dass der Vorsprung von Nasen an den freien Enden der Arme gebildet ist und dass die Nasen eine Einführungsschräge aufweisen. Beim Einsetzen des ersten Ventilschließkörpers drückt dessen Kragen die Arme auseinander, indem er auf den Einführungsschrägen gleitet. Sobald diese passiert sind, schnappen die Nasen über den Kragen, so dass der erste Ventilschließkörper im Fortsatz gefesselt ist.
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Vorzugsweise setzen die Arme seitlich an einer Basis des zweiten Ventilschließkörpers an, so dass zwischen den Armen ein freier Strömungsquerschnitt neben dem zweiten Ventilschließkörper verbleibt. Um den zweiten Ventilschließkörper im Ventilgehäuse zu führen, ist das Ventilgehäuse eine Stufenhülse, die die Ventilschließkörper koaxial umgibt und die eine nach innen gerichtete Stufe aufweist, wobei der Bereich unterhalb der Stufe einen Innendurchmesser aufweist, der dem Durchmesser der Einhüllenden der Arme auf Höhe der Basis des zweiten Ventilschließkörpers entspricht.
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Außerdem dient die Stufe als Auflage für die Rückstellfeder. Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispieles die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils in der geöffneten Ventilgrundstellung,
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2 eine vergrößerte und perspektivische Darstellung des zweiten Ventilschließkörpers gemäß der Ausführung nach 1,
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3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils in der geöffneten Ventilgrundstellung,
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4 eine vergrößerte und perspektivische Darstellung des zweiten Ventilschließkörpers gemäß der Ausführung nach 3.
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Die 1 zeigt im Längsschnitt ein Elektromagnetven-til, wie es bevorzugt in schlupfgeregelten Kraftfahrzeug-Bremsanlagen zum Einsatz kommt. Das Elektromagnetventil weist einen in einem Ventilgehäuse 1 angeordneten ersten und einen zweiten Ventilschließkörper 2, 3 auf, die in koaxialer Anordnung einen ersten als auch einen zweiten Ventildurchlass 4, 5 zu öffnen oder zu verschließen vermögen. Ferner befindet sich radial zur Ventillängsachse oberhalb des zweiten Ventildurchlasses 5 in dem Ventilgehäuse 1 eine als Druckmitteleinlass 6 fungierende Querbohrung sowie in der Ventillängsachse unterhalb des zweiten Ventildurchlasses 5 ein Druckmittelauslass 7, wobei der erste Ventilschließkörper 2 abhängig von der Erregung eines Elektromagneten den im zweiten Ventilschließkörper 3 gelegenen ersten Ventildurchlass 4 zu verschließen vermag. Der zweite Ventilschließkörper 3 gibt unter dem Einfluss einer Rückstellfeder 8 in der Offenstellung des ersten Ventildurchlasses 4 den zweiten Ventildurchlass 5 frei, so dass ein im Druckmitteleinlass 6 anstehendes Druckmittel entlang einem Strömungsweg innerhalb des Ventilgehäuses 1, in dem sich auf der Ventillängsachse der erste als auch der zweite Ventildurchlass 4, 5 befindet, zum Druckmittelauslass 7 gelangt.
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Das Elektromagnetventil ist derart konzipiert, dass in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilgrundstellung beide Ventildurchlässe 4, 5 (wie aus der 1 ersichtlich ist) vollständig geöffnet sind.
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Die Ventilanordnung ist wie folgt aufgebaut: Der zweite Ventilschließkörper 3, durch den der erste Ventildurchlass 4 verläuft, besitzt, wie in der 2 dargestellt ist, eine Basis 9 und drei gleichartige Arme 10, die seitlich an der Basis 9 angesetzt sind und nach oben abstehen, d. h. zu der Seite der Basis 9, an der sich der Ventilsitz 11 für den ersten Ventildurchlass 4 befindet. Die Arme 10 sind gleichmäßig auf den Umfang der Basis 9 verteilt. Zwischen je zwei Armen 10 befindet sich in Umfangsrichtung gesehen jeweils ein Freiraum.
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Wie aus der 1 hervorgeht, befindet sich in der Mitte zwischen den Armen 10 der erste Ventilschließkörper 2. Dieser besteht aus einer Säule 12, die in einer mit dem ersten Ventildurchlass 4 korrespondierenden Kalotte 13 endet und an deren anderem Ende ein radial nach außen gerichteter Kragen 14 ausgebildet ist.
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Die Säule 12 ist innerhalb eines Mitnehmers 15 angeordnet, in dem sich auch koaxial zur Säule 12 eine Schraubenfeder befindet, die als Spannfeder 16 dient.
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Der Mitnehmer 15 besteht aus einer topfförmigen Hülse 17, in deren Boden sich eine zentrale Öffnung befindet, durch die hindurch sich eine Druckstange zum Betätigen des Ventils erstreckt. An der Innenseite des Bodens liegt der Kragen 14 an. In der dem Boden gegenüberliegenden, offenen Seite der Hülse 17 ist ein Ring 18 eingepresst, durch den das mit der Kalotte 13 versehene Ende der Säule 12 hindurchragt. Die Spannfeder 16 ist einerseits am Ring 18 und andererseits am Kragen 14 abgestützt, so dass der Kragen 14 gegen den Boden der Hülse 17 gedrückt wird. Die Vorspannung der Spannfeder 16 wird von Abstand des Ringes 18 zum Boden der Hülse 17 bestimmt und kann daher beim Einpressen der Ringes 18 in die Hülse 17 eingestellt werden.
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Der Außendurchmesser des Mitnehmers 15 entspricht dem Innendurchmesser des von den Armen 10 gebildeten Fortsatzes. Der Mitnehmer 15 liegt daher an der Innenseite der Arme 10 an und wird von diesen axial geführt.
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An der Außenseite der Arme 10 befinden sich radial nach außen weisende Vorsprünge 19, die eine Stützfläche für die außerhalb der Arme angeordnete Rückstellfeder 8 bilden. Die Rückstellfeder 8 ist ebenfalls eine Zylinderfeder, die koaxial zum zweiten Ventilschließkörper 3 angeordnet ist. Eine innen liegende Stufe 20 zwischen einem unteren und einem oberen Abschnitt des Ventilgehäuses 1 dient als Gegenstützfläche für die Rückstellfeder 8.
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Um den zweiten Ventilschließkörper 3 im Ventilgehäuse 1 axial zu führen, entspricht der Durchmesser des Umfangkreises der Arme 10 auf Höhe der Basis 9 dem Durchmesser des unteren Abschnittes des Ventilgehäuses 1.
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Die elektromagnetische Betätigung des Ventils ist wie folgt realisiert:
Ein Magnetkern 21 ist als massives Rohrteil ausgeführt, in dessen unterem Ende das Ventilgehäuse 1 eingesteckt ist.
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Oberhalb des Magnetkerns 21 befindet sich ein zylinderförmiger Anker 22 innerhalb einer Kappe 23 in Form einer einseitig geschlossen Hülse, die auf den Magnetkern aufgesteckt ist und mit diesem druckmitteldicht verbunden ist. Um die Kappe 23 herum befindet sich eine hier nicht näher dargestellte Spule, die den Anker 22, wenn sie stromdurchflosssen ist, magnetisiert, so dass er vom Magnetkern 21 angezogen wird.
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Um die Bewegung des Ankers 22 auf das Ventil zu übertragen, befindet sich in der Durchgangsbohrung des Magnetkerns 21 eine aus Kunststoff bestehende Druckstange 24, die einerseits am Anker 22 und anderseits an der Säule 12 anliegt. Zum ungehinderten Volumenausgleich des oberhalb und unterhalb des Magnetkerns 21 befindlichen Flüssigkeitsvolumens ist die Druckstange 24 mit Längsnuten versehen.
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Mehrere der in 1 gezeigten Ventile werden in einen hier nicht dargstellten Ventilblock eingesetzt, der hydraulische Verbindungen zu Radbremszylindern und einem Hauptbremszylinder einer Fahrzeug-Bremsanlage hat. Der Ventilblock ist mit Druckmittelkanälen versehen, so dass der Druckmitteleinlass 6 mit dem Hauptbremszylinder und der Druckmittelauslass 7 mit einem der Radbremszylinder verbunden ist.
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Mit dem Ventil können drei Schaltstellungen realisiert werden. In der in der 1 gezeigten Darstellung ist das Ventil offen, weil der Elektromagnet nicht erregt ist: Die Spannfeder 16 hält den ersten Ventilschließkörper 2 in dem Mitnehmer 15, dass der erste Ventildurchlass 4 offen ist. Die Rückstellfeder 8 drückt den zweiten Ventilschließkörper nach oben, so dass dieser vom zweiten Ventildurchlass 5 abgehoben ist.
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Bei einer leichten Erregung des Magneten bis zu einem Betrag von 700 bis 900 mA (je nach Auslegung der Federn und des Elektromagneten) drückt die Druckstange 24 auf den ersten Ventilschließkörper 2 und verschiebt ihn nach unten. Dabei wird wegen der Vorspannung der Spannfeder 16 der Mitnehmer 15 mitgenommen, der wiederum den zweiten Ventilschließkörper 3 gegen den zweiten Ventildurchlass 5 drückt, wobei die weich ausgelegte Rückstellfeder 8 zusammengedrückt wird, bis der zweite Ventilschließkörper 3 auf dem zweiten Ventildurchlass 5 aufsitzt. Dadurch wird dessen Querschnitt gesperrt. Offen bleibt allerdings der erste Ventildurchlass 4, da die vom Elektromagneten ausgeübte Kraft nicht ausreicht, die Vorspannung der Spannfeder 16 zu überwinden, so dass weiterhin eine Verbindung zwischen dem Radbremszylinder und dem Hauptbremszylinder besteht. Auch bei einer weiteren Erregung des Elektromagneten bleibt diese Situation zunächst erhalten, da die aufgebrachte Kraft nicht ausreicht, die Spannfeder 16 zusammenzudrücken. Erst wenn eine Stromstärke von ca. 1000 mA erreicht wird, ist dies ausreichend, dass die auf der mittels der Druckstange 24 auf die Säule 12 ausgeübte Kraft bewirkt, dass diese gegen die Kraft der Spannfeder 16 innerhalb des Mitnehmers 15 weiter nach unten bewegt wird, wobei sich die Kalotte 13 dem ersten Ventildurchlass 4 nähert, bis auch dieser geschlossen ist. Die benötigte Stromstärke zum Schließen auch des ersten Ventildurchlasses 4 wird somit bestimmt von der Vorspannung der Spannfeder 16.
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Wenn nach dem elektromagnetisch initiierten Verschließen beider Ventildurchlässe 4, 5 der erste Ventildurchlass 4 wieder geöffnet werden soll, wird der Elektromagnet deaktiviert, sodass der erste Ventilschließkörper 2 infolge der Wirkung der Spannfeder 16 vom zweiten Ventilschließkörper 3 abheben kann und damit den ersten Ventildurchlass 4 freigibt, wobei der zweite Ventildurchlass 5 noch verschlossen bleibt. Infolge einer auf den zweiten Ventilschließkörper 3 wirkenden Hydraulikkraft des im Ventilgehäuse 1 vorhandenen Druckmittels verharrt nämlich der zweite Ventilschließkörper 3 am zweiten Ventildurchlass 5, solange die Hydraulikkraft größer ist als die Federkraft der Rückstellfeder 8. In vorliegendem Ausführungsbeispiel entspricht der Druck des Druckmittels dem im Druckmitteleinlass 6 anstehenden Druck des Hauptbremszylinders.
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Da der erste Ventilschließkörper 2 vom zweiten Ventilschließkörper 3 abgehoben ist, kann die auf den zweiten Ventilschließkörper 3 einwirkende Hydraulikkraft durch Entweichen von Druckmittel über den ersten Ventildurchlass 4 zum Druckmittelauslass 7 soweit verkleinert werden, dass die Federkraft der Rückstellfeder 8 zum Abheben des zweiten Ventilschließkörpers 3 vom zweiten Ventildurchlass 5 überwiegt, wodurch schließlich auch der zweite Ventildurchlass 5 freigegeben wird und die Ventilgrundstellung nach 1 wieder erreicht ist.
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Im elektromagnetisch geschlossenen Zustand beider Ventildurchlässe 4, 5 muss die Magnetkraft des Elektromagneten wenigstens so groß sein wie die aus der Spannfeder 16 und der Rückstellfeder 8 hervorgerufenen Federkräfte unter Berücksichtigung der am zweiten Ventilschließkörper 3 in Ventilöffnungsrichtung wirksamen Hydraulikkraft, wobei im elektromagnetisch geschlossenen Zustand beider Ventildurchlässe 4, 5 der Arbeitsluftspalt A zwischen dem Magnetkern 21 des Elektromagneten und dem Anker 22 vorteilhaft ein Minimum ist.
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Das Elektromagnetventil ist somit derart aufgebaut, dass es bei der größten benötigten Magnetkraft vorteilhaft den kleinsten Arbeitsluftspalt A aufweist, so dass ein sicheres Absperren des im Druckmittelauslass 7 anstehenden hohen Radbremsdrucks gewährleistet ist.
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Ebenso gilt, dass bei der kleinsten benötigten Magnetkraft, wenn das Elektromagnetventil ausgehend von der in 2 abgebildeten Ventilgrundstellung in eine Zwischenstellung geschaltet werden soll, der Arbeitsluftspalt A zunächst am größten ist, sodass infolge der gewählten Konstruktion ein elektromagnetisches Ventilschalten von großen Ventilhüben mit geringem Magnetkraftbedarf möglich ist.
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Beim Schalten in die Zwischenstellung kann die erforderliche Magnetkraft zur Verkleinerung des zunächst großen Arbeitsspalts A klein sein, da nur die geringe Federkraft der schwachen Rückstellfeder 8 zu überwinden ist. Mit verkleinertem Arbeitsspalt A kann unproblematisch der Magnetkraftbedarf gesteigert werden, um die aus der Spannfeder und Rückstellfeder 8 gebildete Summenkraft zu überwinden.
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In einer zweiten Ausführungsform gemäß 3 wird der Mitnehmer 15 von der Basis 9 und den Armen 10 des zweiten Ventilschließkörpers 3 gebildet.
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4 zeigt die dazu notwendige Modifikation des zweiten Ventilschließkörpers 3 gemäß der 2. An den oberen, freien Enden der Arme 10 befinden sich nach innen gerichtete Nasen, deren Unterseiten in etwa horizontal und deren Oberseiten schräg verlaufen. Die horizontalen verlaufenden Unterseiten bilden einen Anschlag für den Kragen 14 der Säule 12; die schräg verlaufenden Oberseiten bilden eine Einführungsschräge 26. Dies erlaubt es, zur Montage des Ventils zunächst die Spannfeder 16 und dann den ersten Ventilschließkörper 2 von oben in den zentralen Freiraum zwischen den Armen 10 einzusetzen, wodurch die elastisch nachgiebigen Arme 10 von der auf den Einführungsschräge 26 drückenden Kragen 14 nach außen gedrückt werden und wieder nach innen schnappen, sobald der Ventilschließkörper weit genug eingeschoben worden ist.
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Weiterhin besitzen die Arme 10 oberhalb der Basis 9 jeweils einen nach innen gerichteten Sockel 27, der eine Passung für die Spannfeder 16 bildet. Die Sockel 27 weisen eine Absatz 28 auf, auf der die Spannfeder 16 aufsitzt. Die Spannfeder stützt sich mit ihrer anderen Seite am Kragen 14 ab, der dadurch gegen die Unterseiten der Nasen 25 gedrückt wird. Damit ist der erste Ventilkörper unmittelbar am zweiten Ventilschließkörper gefesselt. Auf einen gesonderten Mitnehmer kann damit verzichtet werden.
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Das Ventil gemäß 3 funktioniert in gleicher Weise wie dies gemäß 1. Die auf die Säule 12 wirkende Stellkraft wirkt über die vorgespannte Spannfeder 16 unmittelbar auf den zweiten Ventilschließkörper 3 ein. Sobald dieser auf dem zweiten Ventildurchlass 5 aufsitzt und die Stellkraft ausreicht, die Vorspannung der Spannfeder 16 zu überwinden, wird der erste Ventilschließkörper 2 auf den ersten Ventildurchlass 4 im zweiten Ventilschließkörper 3 gedrückt, um den Durchlass zu schließen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilgehäuse
- 2
- 1. Ventilschließkörper
- 3
- 2. Ventilschließkörper
- 4
- 1. Ventildurchlass
- 5
- 2. Ventildurchlass
- 6
- Druckmitteleinlass
- 7
- Druckmittelauslass
- 8
- Rückstellfeder
- 9
- Basis
- 10
- Arme
- 11
- Ventilsitz
- 12
- Säule
- 13
- Kalotte
- 14
- Kragen
- 15
- Mitnehmer1
- 16
- Spannfeder
- 17
- Hülse
- 18
- Ring
- 19
- Vorsprünge
- 20
- Stufe
- 21
- Magnetkern
- 22
- Anker
- 23
- Kappe
- 24
- Druckstange
- 25
- Nasen
- 26
- Einführungsschräge
- 27
- Sockel
- 28
- Absatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011080176 A1 [0002]
