DE10325442A1

DE10325442A1 - Magnetventil mit reduzierten Schaltgeräuschen

Info

Publication number: DE10325442A1
Application number: DE10325442A
Authority: DE
Inventors: Dieter Kawa; Guenther Schnalzger; Andreas Reize; Klaus-Dieter Fietz; Christian Laier; Oliver Holz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2004-12-23
Also published as: JP2004360918A; US20040251738A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetventil, umfassend einen Polkern (2), einen Anker (3) und ein Rückstellelement (4), welches zwischen dem Polkern (2) und dem Anker (3) angeordnet ist, um eine Rückstellung des Ankers (3) in seine Ausgangsposition auszuführen, wobei eine zum Anker (3) gerichtete Anschlagfläche (9) des Polkerns (2) wenigstens einen in Umfangsrichtung vollständig umlaufenden, zum Anker vorstehenden Steg (10; 14, 15, 16) aufweist, und/oder eine zum Polkern (2) gerichtete Anschlagfläche (8) des Ankers (3) wenigstens einen in Umfangsrichtung vollständig umlaufenden, zum Polkern vorstehenden Steg (13) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Magnetventil ist beispielsweise aus der DE 198 02 464 A1 bekannt. Hierbei ist ein Polkern, ein in einem Ventilgehäuse längs bewegbar geführter Magnetanker und eine zwischen dem Magnetanker und dem Polkern angeordnete Rückstellfeder vorgesehen. Im stromlosen Zustand ist das Magnetventil dabei in seinem geschlossenen Zustand. Beim Öffnungsvorgang des Magnetventils wird der Magnetanker entgegen der Federkraft bewegt und schlägt an den Polkern. Dieses Anschlagen des Ankers am Polkern verursacht ein sehr gut hörbares, metallisch klingendes Schaltgeräusch. Die Anschlagflächen des Polkerns und des Ankers sind dabei als ebene Flächen ausgebildet, so dass ein im stromlosen Zustand zwischen dem Polkern und dem Anker vorhandenes Fluid beim Schalten des Magnetventils ungehindert radial nach außen abströmt. Weiterhin kann bei dem bekannten Magnetventil ein magnetisches Anhaften des Ankers am Polkern auftreten, so dass Ungenauigkeiten hinsichtlich des Zeitpunktes des Schließvorgangs auftreten können.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Magnetventil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass beim Schalten des Magnetventils so gut wie kein Schaltgeräusch mehr zu vernehmen ist. Weiterhin wird ein magnetisches Anhaften des Ankers am Polkern erfindungsgemäß verhindert, so dass das erfindungsgemäße Magnetventil sehr gut und genau die geforderten Schaltzeitpunkte einhalten kann. Diese Vorteile werden erfindungsgemäß dadurch erhalten, dass an der Anschlagfläche des Polkerns und/oder der Anschlagfläche des Ankers ein in Umfangsrichtung umlaufender, geschlossener und in Axialrichtung vorstehender Steg ausgebildet ist. Durch diesen umlaufenden Steg am Polkern und/oder am Anker ergibt sich beim Schalten des Magnetventils zwischen dem Polkern und dem Anker ein immer kleiner werdender Spalt. Fluid, welches zwischen dem Polkern und dem Anker vorhanden ist, wird beim Schalten durch diesen geringen Spalt hindurchgedrückt, so dass eine Spaltströmung über den vorstehenden Steg auftritt, wodurch der Aufschlag des Ankers am Polkern gedämpft wird. Dadurch wird das auftretende Schaltgeräusch gedämpft. Der erfindungsgemäß umlaufend ausgebildete, vorstehende Steg verhindert somit eine ungehinderte radiale Abströmung des Fluids, so dass das zwischen dem Polkern und dem Anker vorhandene Fluid als Dämpfungsmittel verwendet werden kann.

Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.

Um besonders einfach und kostengünstig herstellbar zu sein, weist die Anschlagfläche des Ankers und/oder die Anschlagfläche des Polkerns genau einen in Umfangsrichtung umlaufenden, vorstehenden Steg auf. Besonders bevorzugt ist zur Ausbildung des vorstehenden Steges an der Anschlagfläche des Ankers und/oder der Anschlagfläche des Polkerns eine im Wesentlichen zylindrische Ausnehmung ausgebildet. Diese Ausnehmung weist vorzugsweise einen größeren Durchmesser als ein zwischen dem Anker und dem Pol angeordnetes Rückstellelement auf.

Um eine besonders gute Dämpfung und somit ein geringes Schaltgeräusch bereitzustellen, sind an der Anschlagfläche des Polkerns und/oder an der Anschlagfläche des Ankers eine Vielzahl von zylinderringförmigen, vorstehenden Stegen ausgebildet.

Besonders bevorzugt sind wenigstens zwei zylinderringförmige Stege durch radiale Stege miteinander verbunden. Durch diese Ausgestaltung ergeben sich zwischen den zylinderringförmigen Stegen und den radialen Stegen abhängig von der Anzahl der radialen Stege eine Vielzahl von Ausnehmungen, welche jeweils mit Fluid gefüllt sind. Somit ergeben sich zwischen dem Anker und dem Polkern eine Vielzahl von fluidkissenartigen Bereichen, so dass eine besonders gute Dämpfungswirkung infolge einer Vielzahl von Spaltströmungen erhalten werden kann. Besonders bevorzugt sind die Ausnehmungen zwischen den zylinderringförmigen Stegen und den radialen Stegen im Wesentlichen trapezförmig ausgebildet.

Vorzugsweise ist als Rückstellelement zwischen dem Anker und dem Polkern eine zylindrische Schraubenfeder vorgesehen. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass Fluid auch durch die Windungen der Schraubenfeder strömen kann, solange die Schraubenfeder nicht vollständig zusammengedrückt ist, so dass eine zusätzliche Dämpfungswirkung erhalten werden kann.

Um besonders einfach und kostengünstig herstellbar zu sein, sind die vorstehenden Stege an der Anschlagfläche des Polkerns und/oder an der Anschlagfläche des Ankers mittels Kaltumformen, insbesondere Kaltschlagen, hergestellt.

Das erfindungsgemäße Magnetventil wird besonders bevorzugt in einem Antiblockiersystem (ABS), einem Fahrzeugstabilitätssystem, wie z.B. ESP, oder einem Bremssystem, insbesondere einem elektrohydraulischen Bremssystem, verwendet.

Zeichnungen
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
In den Zeichnungen ist:
1 eine schematische Schnittansicht eines Magnetventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 eine vergrößerte Ausschnittsansicht des in 1 gezeigten Magnetventils,
3 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung eines Magnetventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Anschlagfläche gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
5 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 4,
6 eine Draufsicht einer Anschlagfläche gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
7 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B von 6.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein Magnetventil 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Magnetventil 1 einen Polkern 2, einen Anker 3 und ein zwischen dem Polkern 2 und dem Anker 3 angeordnetes Federelement 4. Das Federelement 4 ist in einer im Anker 3 ausgebildeten Bohrung 7 gelagert. Der Anker 3 ist in einem Gehäuse 6 in Längsrichtung X-X beweglich angeordnet. Am dem Polkern 2 entgegengesetzten Ende des Ankers 3 ist ein Schließkörper 5 angeordnet, um einen Durchlass freizugeben bzw. zu verschließen. Die Betätigung des Ankers 3 erfolgt in bekannter Weise über eine nicht dargestellte elektrische Spule. Im stromlosen Zustand ist das Magnetventil 1 dabei geschlossen. Dieser Zustand ist in 1 dargestellt. Der Polkern 2 weist an der zum Anker 3 gerichteten Seite eine Anschlagfläche 9 auf und der Anker 3 weist an seiner zum Polkern 2 gerichteten Seite eine Anschlagfläche 8 auf. Im nicht betätigten Zustand ist zwischen den beiden Anschlagflächen 8 und 9 ein Fluid angeordnet. Bei Betätigung des Magnetventils 1 wird dieses zwischen den Anschlagflächen 8 und 9 vorhandene Fluid radial nach außen verdrängt.
Wie in 2 gezeigt, ist an der Anschlagfläche 9 des Polkerns 2 eine zylindrische Ausnehmung 11 gebildet. Das Federelement 4, welches als zylindrische Spiralfeder ausgebildet ist, berührt den Boden der Ausnehmung 11. Wie in 2 gezeigt, weist die Ausnehmung 11 einen Durchmesser D1 auf, welcher größer als ein Außendurchmesser D2 des Federelements 4 ist. Genauer ist der Durchmesser D1 der Ausnehmung 11 ca. 50 % größer als der Außendurchmesser D2 des Federelements 4.
Wenn nun das Magnetventil 1 geöffnet wird, bewegt sich der Anker 3 parallel zur Mittelachse X-X auf den Polkern 2 entgegen der Federkraft des Federelements 4 zu. Das zwischen dem Polkern 2 und dem Anker 3 vorhandene Fluid wird dabei radial nach außen verdrängt. Da am Polkern 2 durch Ausbilden der Ausnehmung 11 ein in Umfangsrichtung umlaufend vorstehender Steg 10 ausgebildet ist, ergibt sich zwischen dem vorstehenden Steg 10 und dem Anker 3 eine Spaltströmung an dem sich durch die Bewegung des Ankers 3 ständig verkleinernden Spalt. Diese Spaltströmung zwischen dem Anker 3 und dem Polkern 2 stellt eine hydraulische Dämpfungswirkung bereit, so dass ein Anschlagen des Ankers 3 am Polkern 2 gedämpft werden kann. Dadurch wird ein im Vergleich zum Stand der Technik deutlich geringeres Schaltgeräusch durch das Anschlagen des Ankers 3 am Polkern 2 erzeugt. Weiterhin ist durch die Ausnehmung 11 im Polkern 2 die Kontaktfläche zwischen dem Polkern 2 und dem Anker 3, welche in diesem Ausführungsbeispiel ringförmig ausgebildet ist, im Vergleich mit dem Stand der Technik verringert, so dass ein magnetisches Anhaften des Ankers 3 am Polkern 2 nach Stromlosstellung reduziert werden kann. Dadurch können genauere Schaltzeiten eingehalten werden.
Das Fluid, welches sich in der Ausnehmung 11 zwischen dem Polkern 2 und dem Anker 3 befindet, wirkt somit wie ein Dämpfungskissen beim Schalten des Magnetventils, so dass durch die Ausbildung des in Umfangsrichtung umlaufenden, vorstehenden Steges 10 eine hydraulische Dämpfung erreicht wird. Der Polkern 2 kann dabei als kostengünstiges Kaltschlagteil hergestellt werden, wobei die Ausnehmung 11 bzw. der vorstehende Steg 10 einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3 ein Magnetventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist am Polkern an dessen Anschlagfläche 9 eine mittlere Ausnehmung 11 sowie ein vorstehender, ringförmig umlaufender Steg 10 ausgebildet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist am Anker 3 des zweiten Ausführungsbeispiels an der Anschlagfläche 8 des Ankers 3 eine Ausnehmung 12 sowie ein ringförmig umlaufend vorstehender Steg 13 ausgebildet. Somit weist sowohl der Polkern 2 als auch der Anker 3 eine Ausnehmung 11 bzw. 12 sowie einen vorstehenden Ringsteg 10 bzw. 13 auf. Wie aus 3 ersichtlich ist, weist dabei die Ausnehmung 11 einen Durchmesser D1 auf, welcher dem Durchmesser D3 der Ausnehmung 13 am Anker entspricht. Es sei angemerkt, dass die Durchmesser der Ausnehmungen 11 bzw. 12 nicht gleich sein müssen, sondern auch unterschiedlich groß gewählt werden können.
Bei Bewegung des Ankers 3 in Richtung des Polkerns 2 wird zwischen dem Polkern 2 und dem Anker 3 bei zunehmend kleiner werdendem Spalt eine Spaltströmung erzeugt, welche einen Aufschlag des Ankers 3 am Polkern 2 dämpft. Dadurch kann das Schaltgeräsch des Magnetventils 1 verringert werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Wie in 2 gezeigt, umfasst der Polkern 2 des dritten Ausführungsbeispiels eine Vielzahl von ringförmig umlaufenden, vorstehenden Stegen sowie eine Vielzahl von Ausnehmungen. Genauer umfasst der Polkern 2 des dritten Ausführungsbeispiels drei vorstehende Stege 14, 15, 16, sowie drei Ausnehmungen 11, 17 und 18. Die Ausnehmungen 11, 17 und 18 sowie die Stege 14, 15 und 16 sind konzentrisch zur Mittelachse X-X des Magnetventils angeordnet. Durch diese Ausbildung des Polkerns 2 ergeben sich an den Bereichen zwischen den Stegen 14, 15 und 16 sowie der Anschlagfläche des Ankers (nicht dargestellt) jeweils Spaltströmungen, so dass eine noch verbessertere Dämpfung als in den ersten beiden Ausführungsbeispielen erhalten werden kann. Weiterhin ist die Kontaktfläche zwischen dem Polkern 2 und dem Anker 3 verringert, so dass geringere magnetische Anhaftkräfte vorhanden sind, wodurch ein Lösen des Ankers vom Polkern erleichtert wird. Die jeweilige Breite der Stege 14, 15, 16 bzw. der Ausnehmungen 17, 18 bzw. der Durchmesser der mittleren Ausnehmung 11 können beliebig gewählt werden. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Es sei weiterhin angemerkt, dass selbstverständlich auch der Anker wie in der Draufsicht von 4 dargestellt, ausgebildet sein kann, wobei in der Ausnehmung 11 zusätzlich noch eine Bohrung zur Aufnahme des Federelements ausgebildet ist. Weiterhin sei angemerkt, dass die Anzahl der vorstehenden Stege bzw. der Ausnehmungen ebenfalls variiert werden kann.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 6 und 7 ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen wie in den ersten Ausführungsbeispielen bezeichnet.
Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel, wobei zusätzlich noch zu den vorstehenden Ringstegen 14, 15, 16 eine Vielzahl von, genauer acht, radialen Stegen 19 ausgebildet ist. Die radialen Stege 19 verlaufen jeweils vom innersten Ringsteg 14 zum äußersten Ringsteg 16 (vgl. 6). Dadurch entstehen zwischen den radialen Stegen 19 und den drei Ringstegen 14, 15, 16 jeweils im Wesentlichen trapezförmige Vertiefungen 20, 21, welche in Umfangsrichtung in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Da die Breite der radialen Stege 19 konstant bleibt, sind die weiter innen angeordneten Ausnehmungen 21 kleiner als die weiter außen angeordneten Ausnehmungen 20. Somit sind an der Anschlagfläche des Polkerns eine Vielzahl von kissenartigen Dämpfungsbereichen gebildet, wobei das zwischen dem Polkern 2 und dem Anker 3 angeordnete Fluid bei Betätigung des Magnetventils über die Ringstege 14, 15, 16 sowie über die radialen Stege 19 hinweg verdrängt wird, so dass sich eine Spaltströmung zur Dämpfung des Aufschlags des Ankers am Polkern ergibt. Dabei kann die oben erläuterte Ausbildung der Anschlagfläche des Polkerns ebenfalls wieder mittels Kaltschlagen hergestellt werden.
Es sei weiterhin angemerkt, dass die in 6 gezeigte Ausbildung der Anschlagfläche auch beim Anker verwendet werden kann, wobei für den Anker in der mittleren Ausnehmung 11 zusätzlich noch eine Bohrung zur Aufnahme des Federelements vorzusehen wäre.
Weiterhin sei angemerkt, dass die unterschiedlichen Ausbildungen der Anschlagflächen gemäß der vorliegenden Erfindung in beliebiger Weise für den Anker 3 und für den Polkern 2 ausgebildet werden können, wobei insbesondere auch beliebige Kombinationen von unterschiedlichen Mustern am Polkern 2 bzw. am Anker 3 vorgesehen werden können. D.h., beispielsweise kann die in den 4 und 5 gezeigte Anschlagfläche des Polkerns mit einer wie in 3 gezeigten Anschlagfläche des Ankers oder einer entsprechend 6 ausgebildeten Anschlagfläche des Ankers kombiniert werden. Mit anderen Worten ergeben sich keinerlei Einschränkungen hinsichtlich der Kombinationsmöglichkeiten von unterschiedlich ausgebildeten Anschlagflächen am Polkern und am Anker. Selbstverständlich können die Anschlagflächen des Polkerns und des Ankers auch jeweils gleich ausgebildet sein.

Claims

Magnetventil umfassend einen Polkern (2), einen Anker (3) und ein Rückstellelement (4), welches zwischen dem Polkern (2) und dem Anker (3) angeordnet ist, um eine Rückstellung des Ankers (3) in seine Ausgangsposition auszuführen, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Anker (3) gerichtete Anschlagfläche (9) des Polkerns (2) wenigstens einen in Umfangsrichtung vollständig umlaufenden, zum Anker vorstehenden Steg (10; 14, 15, 16) aufweist, und/oder eine zum Polkern (2) gerichtete Anschlagfläche (8) des Ankers (3) wenigstens einen in Umfangsrichtung vollständig umlaufenden, zum Polkern vorstehenden Steg (13) aufweist.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (8) des Ankers (3) und/oder die Anschlagfläche (9) des Polkerns (2) genau einen in Umfangsrichtung vollständig umlaufenden, vorstehenden Steg aufweist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass konzentrisch zu einer Längsachse (X-X) des Magnetventils in der Mitte der Anschlagfläche (8) des Ankers (3) und/oder in der Mitte der Anschlagfläche (9) des Polkerns (2) eine zylindrische Ausnehmung (11) ausgebildet ist.
Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Ausnehmung (11, 12) einen Durchmesser (D1, D3) aufweist, welcher größer als ein Durchmesser (D2) des Rückstellelements (4) ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (8) des Ankers (3) und/oder die Anschlagfläche (9) des Polkerns (2) eine Vielzahl von zylinderringförmigen, vorstehenden Stegen (14, 15, 16) aufweist.
Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zylinderringförmigen, vorstehenden Stege (14, 15, 16) durch radiale Stege (19) miteinander verbunden sind.
Magnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zylinderringförmigen, vorstehenden Stegen (14, 15, 16) und den radialen Stegen (19) im Wesentlichen trapezförmige Ausnehmungen (20, 21) ausgebildet sind.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellelement (4) als zylindrische Schraubenfeder ausgebildet ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehenden Stege (10; 13; 14, 15, 16) und die Ausnehmungen (11; 12; 17, 18; 20, 21) an der Anschlagfläche (8) des Ankers (3) und/oder an der Anschlagfläche (9) des Polkerns (2) mittels Kaltumformen, insbesondere Kaltschlagen, hergestellt sind.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil in einem Antiblockiersystem, einem Fahrzeugstabilitätssystem und/oder einem Bremssystem verwendet wird.