DE102014215879A1

DE102014215879A1 - Elektromagnetisches Ventil

Info

Publication number: DE102014215879A1
Application number: DE102014215879.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Voss
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2016-02-11
Also published as: WO2016023783A1

Abstract

Ein Elektromagnetventil besitzt einen Anker (5), dessen Bewegung zum Öffnen bzw. zum Schließen des Ventils führt. Um die Bewegung des Ankers (5) auch bei unterschiedlichen Viskositäten des Hydraulikmediums konstant zu halten, ist eine Viskose abhängige Steuerung für einen Drosselspalt vorgesehen. Dieser besteht aus einem Dämpfungsring (13), der die Mündung eines Kanals (6, 7) im Anker (5) überdeckt, wobei ein Längsschlitz (15) des Dämpfungsringes (13) über der Mündung liegt. Steigt der Druck in dem Kanal (6, 7) aufgrund einer hohen Viskosität an, wird der Dämpfungsring 13 erweitert und der Längsschlitz 15 weiter geöffnet, so dass die Drosselwirkung an der Mündung sinkt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Ventil zum Schalten eines hydraulischen Kreises, insbesondere eines Bremskreises, mit einem einen Ventilschließkörper tragenden Anker und einem Kern, um die herum sich eine Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes befindet, wobei zwischen dem Kern und dem Anker ein Ausgleichsraum ausgebildet ist, dessen Volumen sich mit einer magnetisch induzierten Bewegung des Ankers zum Kern verkleinert und der stromaufwärts oder stromabwärts des Ventils mit dem hydraulischen Kreis über eine Drossel in Verbindung steht.
Derartige Ventile sind bekannt: Der Anker und der Kern bestehen im Wesentlichen jeweils aus einem zylindrischen Körper, die in einer Hülse, die mit einem Ventilgehäuse verbunden ist, hintereinander angeordnet sind, so dass sich Stirnseiten der Körper gegenüberliegen und zwischen sich einen Ausgleichsraum einschließen. Um die Hülse herum befindet sich eine Spule. Wird diese mit einem Strom beaufschlagt, so entsteht ein elektromagnetisches Feld, das bewirkt, dass Anker und Hülse zusammengezogen werden, wodurch das Ventil zum Schalten eines hydraulischen Kreises, z. B. eines Bremskreises, betätigt wird.
Da sich dabei der Abstand zwischen dem Anker und dem Kern verkleinern wird, verändert sich dabei auch das Volumen des Ausgleichsraumes, wobei das sich darin befindende Hydraulikmedium über eine Drossel in den hydraulischen Kreis vor oder hinter dem Ventil zurückgeleitet wird. Diese Drossel hat eine dämpfende Wirkung, so dass die Bewegung des Ankers in Richtung auf den Kern verzögert erfolgt.
Zwischen dem Anker und der Hülse befindet sich eine Rückstellfeder, die das Ventil wieder zurückstellt, sobald der Stromfluss durch die Spule unterbrochen wird.
Es hat sich gezeigt, dass eine konstante Drosselung, wie sie bisher realisiert wird, den Nachteil hat, dass bei einer geringen Viskosität des Hydraulikmediums, wie sie z. B. bei Temperaturen unter 0°C vorliegt, die Dämpfung zu stark ist, so dass die Schaltzeiten des Ventils negativ beeinflusst werden. Auf der anderen Seite ist bei geringen Viskositäten des Mediums, also z. B. bei hohen Temperaturen, die Drosselung nicht ausreichend, so dass starke Anschlaggeräusche entstehen, wenn der Anker gegen den Kern schlägt.
Die Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, über den gesamten Viskositätsbereich des hydraulischen Mediums eine möglichst gleich bleibende Dämpfung des Ankers zu bewirken.
Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung vor, dass der Ausgleichsraum mit einem im Anker verlaufenden Kanal in Verbindung steht, der in die Mantelfläche des Ankers mündet, und dass um den Anker ein einen Längsschlitz aufweisender Dämpfungsring verläuft, der die Mündung abdeckt.
Bei einer Betätigung des Ventils bildet sich ein Staudruck im Kanal, der eine Aufweitung des Dämpfungsringes hervorruft, die möglich ist, weil sich der Längsschlitz verbreitert. Da sich der Dämpfungsring dabei von der Mündung entfernt, wird der den Durchfluss bestimmende Austrittsquerschnitt vergrößert und die Drosselwirkung verkleinert. Bei hohen Viskositäten steigt bei einer Bewegung des Ankers in Richtung auf den Kern der Druck besonders stark an, so dass der Austrittsquerschnitt stark vergrößert wird, wodurch die hohe Viskosität kompensiert wird. Der Dämpfungsring reguliert somit den Austrittsquerschnitt des Kanals in der Abhängigkeit von der Viskosität des Hydraulikmediums.
Diese Regelung ist besonders effektiv und genau, wenn der Längsschlitz sich vor der Mündung befindet. Bei einem Aufweiten des Dämpfungsringes wird der Längsschlitz geöffnet, wobei dessen Breite unmittelbar den Austrittsquerschnitt bestimmt.
Vorzugsweise weist der Kanal eine durchgehende Querbohrung auf, so dass zwei gegenüberliegende Mündungen vorliegen, wobei der Längsschlitz vor einer der Mündungen liegt. Eine durchgehende Querbohrung lässt sich einerseits leichter herstellen und zum anderen ist auch an der Mündung ohne des Längsschlitzes eine gewisse viskositätsabhängige Steuerung des Querschnitts gegeben.
Damit der Dämpfungsring sich nicht verschiebt, also stets vor der Mündung oder den Mündungen liegt, ist vorgesehen, dass der Dämpfungsring in einer um den Anker umlaufenden Nut liegt.
Vorzugsweise wird weiterhin der Anker in einer Hülse geführt, wobei sich zwischen dem Anker und der Hülse ein Radialspalt ausbildet, der ebenfalls als Drossel fungiert, auch wenn diese nicht viskoseabhängig gesteuert ist.
Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispieles die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein elektromagnetisches Ventil, und
2 eine perspektivische Außenansicht des Ventils mit einem Dämpfungsring.
Zunächst wird auf die 1 Bezug genommen. Diese zeigt den Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil. Man erkennt zunächst einen Teil eines Ventilgehäuses 1, das einen Kragen 2 aufweist, an dem der untere Teil einer Hülse 3 befestigt ist, die – was hier nicht näher dargestellt ist – oben von einer einteilig mit der Hülse verbundenen Kappe geschlossen ist.
Im oberen Teil der Hülse 3 befindet sich ein in der Hülse 3 befestigter, vorzugsweise mit der Hülse 3 verschweißter Kern 4 aus einem ferromagnetischen Material, wobei der Kern 4 anstelle der Kappe den oberen Verschluss für die Hülse 3 bilden kann. Unterhalb des Kerns befindet sich ein ebenfalls aus einem ferromagnetischen Material bestehender Anker 5 mit einer Längsbohrung 6 und einer Querbohrung 7. Die Längsbohrung 6 dient des Weiteren als Aufnahme für eine Rückstellfeder 8, die sich einerseits an einer Stufe in der Längsbohrung 6 und andererseits am Kern 4 abstützt.
Zwischen der oberen Stirnseite des Ankers 5 und der unteren Stirnseite des Kerns 4 befindet sich ein Ausgleichsraum 9. Die Hülse 3 ist von einer Spule, die hier nicht näher dargestellt ist, umgeben. Wird diese erregt, werden sowohl der Kern und der Anker magnetisch und ziehen sich an, so dass das Volumen des Ausgleichsraumes verringert wird.
Am unteren Ende des Ankers 5 befindet sich ein kugelförmiger Ventilschließkörper 10, der an einem Ventilsitz 11 anliegt.
In den Ventilsitz 11 mündet eine Durchgangsbohrung 12, die mit einem Abschnitt eines hydraulischen Kreises verbunden ist, während der Bereich oberhalb des Ventilsitzes 11 mit einem anderen Abschnitt des Hydraulikkreises verbunden ist.
Das Ventil ist ein so genanntes stromlos geschlossenes Ventil. Ohne eine Erregung des Elektromagneten drückt die Rückstellfeder 8 den Ventilschließkörper 10 auf den Ventilsitz 11, so dass die Durchgangsbohrung 12 geschlossen ist und der hydraulische Kreis unterbrochen ist.
Die Bewegungen des Ankers 5 sollen nun einerseits möglichst schnell – damit hohe kurze Schaltzeiten erreicht werden – andererseits auch nicht zu schnell erfolgen, damit Geräusche beim Anschlagen des Ankers 5 an den Kern 4 während des Öffnens des Ventils unterbunden werden. Dazu ist um den Anker ein Dämpfungsring 13 mit einem Längsschlitz 15 gelegt, wie dies in der 2 zu erkennen ist, der die beiden Mündungen der Querbohrung 7 in die Mantelfläche des Ankers 5 abdeckt, wobei der Längsschlitz vor einer der Mündungen liegen kann, aber nicht muss. Der Längsschlitz unterbricht den Umfang des Dämpfungsringes 13 auf seiner ganzen Höhe, so dass sich der Dämpfungsring 13 aufweiten kann, wobei sich die Breite des Längsschlitzes 15 vergrößert. Der Dämpfungsring 13 besteht aus einem elastischen Material, so dass er nach einer Aufweitung sich wieder auf seinen ursprünglichen Umfang zurückziehen kann.
Die Mantelfläche des Kerns 4 weist im Bereich der Mündungen eine umlaufende Nut 14 auf, in der der Dämpfungsring 13 liegt und diesen in axialer Richtung fixiert, womit sichergestellt wird, dass dieser stets vor den Mündungen liegt.
Zwischen der Innenseite des Dämpfungsringes 13 und dem Boden der Nut 14 liegt ein Ringspalt vor, der als Drossel wirkt. Die Drosselwirkung wird bestimmt von der vorgegebenen Breite des Dämpfungsringes 13 und der Höhe des Ringspaltes, die wiederum bestimmt wird von dem im Ringspalt wirkenden Druck. Je höher der Druck ist, desto stärker wird nämlich der Dämpfungsring 13 aufgeweitet und damit die Höhe des Ringspaltes vergrößert.
Die Breite des Dämpfungsringes 13 bestimmt die dem Druck ausgesetzte Fläche des Dämpfungsringes 13. Durch die Wahl der Breite des Dämpfungsringes 13 kann somit Einfluss genommen werden auf die Abhängigkeit zwischen Druck und Drosselwirkung.
Der Innendurchmesser der Hülse 3 ist etwas größer als der Durchmesser des Ankers 5 an einer in seinem oberen Bereich vorliegenden Erweiterung 16, so dass zwischen der Erweiterung 16 und der Hülse 3 ein kleiner Radialspalt 17 vorliegt, der als Drossel wirkt.
Wird der Elektromagnet erregt, wird der Anker 5 nach oben gegen den Kern 4 gezogen, wodurch der Ausgleichsraum 9 verkleinert wird. Das aus dem Ausgleichsraum 9 verdrängte Hydraulikmedium versucht, einerseits über den Radialspalt 17 und andererseits durch den Ringspalt zwischen dem Dämpfungsring 13 und dem Boden der Nut 14 bzw. den Längsschlitz 15 zu entweichen. Diese wirken allerdings als Drosseln, so dass in Abhängigkeit von der Viskosität des Hydraulikmediums dies nur mit einer gewissen Strömungsgeschwindigkeit erfolgen kann, die die Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers 5 bestimmt.
Eine zu hohe Viskosität des Hydraulikmediums wird aber dadurch kompensiert, dass der Dämpfungsring durch den an den Mündungen anstehenden Druck des Hydraulikmediums aufgeweitet wird. Besitzt das Hydraulikmedium nämlich eine hohe Viskosität, so steigt der Druck in der Querbohrung 7 besonders stark an, wodurch der Dämpfungsring 13 aufgeweitet wird und der Längsschlitz verbreitert wird. Entsprechend sinkt die Drosselwirkung an den Mündungen. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers 5 bleibt auch bei unterschiedlichen Viskositäten des Hydraulikmediums im Wesentlichen konstant, so dass einerseits hohe Schaltzeiten erreicht werden und andererseits Anschlaggeräusche vermieden werden.
Bezugszeichenliste

1: Ventilgehäuse
2: Kragen
3: Hülse
4: Kern
5: Anker
6: Längsbohrung
7: Querbohrung
8: Rückstellfeder
9: Ausgleichsraum
10: Ventilschließkörper
11: Ventilsitz
12: Durchgangsbohrung
13: Dämpfungsring
14: Nut
15: Längsschlitz
16: Erweiterung
17: Radialspalt
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Claims

Elektromagnetisches Ventil zum Schalten eines hydraulischen Kreises, insbesondere eines Bremskreises, mit einem einen Ventilschließkörper (10) tragenden Anker (5) und einem Kern (4), um die herum sich eine Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes befindet, wobei zwischen dem Kern (4) und dem Anker (5) ein Ausgleichsraum (9) ausgebildet ist, dessen Volumen sich mit einer magnetisch induzierten Bewegung des Ankers (5) zum Kern (4) verkleinert und der stromaufwärts oder stromabwärts des Ventils mit dem hydraulischen Kreis über eine Drossel in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsraum (9) mit einem im Anker (5) verlaufenden Kanal in Verbindung steht, der in die Mantelfläche des Ankers (5) mündet, und dass um den Anker (5) ein einen Längsschlitz (15) aufweisender Dämpfungsring (13) verläuft, der die Mündung abdeckt.
Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsschlitz (15) vor der Mündung liegt.
Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal eine durchgehende Querbohrung (7) umfasst, so dass zwei gegenüberliegende Mündungen vorliegen, wobei der Längsschlitz (15) vor einer der Mündungen liegt.
Elektromagnetisches Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsring (13) in einer um den Anker (5) umlaufenden Nut (14) liegt.
Elektromagnetisches Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (5) in einer Hülse (3) geführt ist, wobei ein als Zusatzdrossel wirkender Radialspalt (17) zwischen dem Anker (5) und der Hülse (3) verbleibt.