DE10342156B4

DE10342156B4 - Elektromagnetisch betätigtes Ventil, insbesondere für hydraulische Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE10342156B4
Application number: DE10342156.4A
Authority: DE
Inventors: Holger Schmitt; Thilo Koeder; Massimiliano Ambrosi
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2023-09-13
Also published as: DE10342156A1

Abstract

Elektromagnetisch betätigtes Ventil, insbesondere für hydraulische Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, mit einem Ventilkörper (16), einem mit dem Ventilkörper (16) verbundenen Ventildom (18), in dem ein Magnetanker (19) längsbewegbar aufgenommen ist, mit einer Längsbohrung (17) im Ventilkörper (16) und einem in der Längsbohrung (17) längs bewegbar geführten Stößel (36) zum Übertragen einer Ankerbewegung auf ein Schließglied (40) eines Sitzventils (41) in einer vom Ventildom (18) abgewandt liegenden Ventilkammer (31), der aus einem Ventilsitz (42) des Sitzventils (41) strömende Flüssigkeit zuführbar und durch wenigstens einen Kanal (37) des Stößels (36) in den Ventildom (18) leitbar ist und mit einem der Ventilkammer (31) zugeordneten Filtereinsatz (32) der gehäusefest angeordnet ist und dessen Filterelement (51) zwischen Ventilsitz (42) und einem Druckmittelauslass (25) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz (32) ein kreiszylindrisches, innerhalb des Filterelements (51) liegendes Hülsenteil (50) aufweist, das den Ventilsitz (42) umgreift und gleichachsig zum Ventilsitz (42) so angeordnet ist, dass es mit seinem frei auskragenden Abschnitt (53) in die Ventilkammer (31) ragt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetisch betätigten Ventil nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.
Es ist schon ein solches elektromagnetisch betätigtes Ventil aus der DE 100 36 576 A1 bekannt, wie es beispielsweise bei einer elektrohydraulischen Bremse (EHB) als Auslassventil eingesetzt werden kann, das stromab eines einem Fahrzeugrad zugeordneten Radbremszylinders in einem Hydroaggregat angeordnet ist. Dieses Ventil umfasst einen Ventilkörper, an den sich ein Ankerraum anschließt, in dem ein Anker längsbeweglich geführt ist. Der Magnetanker ist mit einem Stößel verbunden, welcher den Ventilkörper durchgreift und an dem ein Ventil-Schließglied ausgebildet ist, welches in einem Ventilraum angeordnet ist und mit einem an einem Ventilsitzteil ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Bei diesem Ventil besteht beim Einsatz als Auslassventil einer elektrohydraulischen Bremse das Problem, dass bei einem schnellen Druckabbau, d. h. bei einem schnellen Lösen der Bremse, bei unzureichender Entlüftung relativ laute knarzende und damit störende Geräusche entstehen können. Um hier die Geräuschbildung zu verringern, ist der Stößel mit engem Spiel im Ventilkörper geführt und bildet voneinander getrennte Längskanäle zwischen Ventilraum und Ankerraum, so dass eventuell im Ventildom vorhandene Luft durch die Flüssigkeitsströmung möglichst rasch abgebaut wird. Jedoch können sich bei diesem Ventil im Bereich des Ventilsitzes und des Schließgliedes kreisförmige Wirbelströmungen ausbilden, welche Luftblasen in sich gefangen halten und damit auch die Geräuschbildung nachteilig beeinflussen können. Der hier vorhandene Filtereinsatz in der Ventilkammer, der zudem im Ventilkörper befestigt ist, kann diese Wirbelbildung nicht beeinflussen.
Ferner ist aus der DE 44 29 211 A1 ein elektromagnetisch betätigtes Ventil für schlupfgeregelte hydraulische Bremsanlagen in Kraftfahrzeugen bekannt, das bei einem ähnlichen Aufbau an einem Ventilsitzteil eine den Ventilsitz umgebende Hülse aufweist. Hier arbeitet die Hülse mit einem Ende des Stößels zumindest über einen begrenzten Hubbereich zur Bildung einer Drossel zusammen, so dass das Elektromagnetventil die Funktion eines Stromregelventils übernehmen kann. In der Ventilkammer selbst ist dabei kein Filterelement zum Reinigen der Druckmittelströmung vorgesehen.
Darüber hinaus offenbart die DE 199 21 875 A1 ein Ventil, bei welchem eine magnetisch wirksame Elemente, wie Anker und Magnetkern eines fluidführenden Teils des Ventils enthaltende Hülse aus nicht magnetisierbarem Metall auf, an deren Boden ein Ventilsitz für den Angriff eines ankerbetätigten Schließgliedes ausgebildet ist. Außerdem besitzt das Ventil einen eine Spule beinhaltenden elektrischen Teil, der auf den fluidführenden Teil aufgesteckt ist und mit einer magnetflußleitenden Jochscheibe die Hülse umschließt. Zur Verringerung des magnetischen Widerstandes des Magnetkreises des Ventils ist die Wandstärke der Hülse im von der Jochscheibe umschlossenen Bereich vermindert und die Wandstärkenminderung durch ein zwischen der Hülse und der Jochscheibe einliegenden Werkstück aus magnetischem Werkstoff ausgeglichen. Das elektromagnetisch betätigte Ventil ist in schlupfgeregelten hydraulischen Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen verwendbar.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filterelement so zu gestalten, dass es zusätzlich zur Filterfunktion auch für eine vorteilhafte Strömungsführung genutzt werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Ventil gemäß Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße elektromagnetisch betätigte Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass bei ihm eine bessere Strömungsführung in der Ventilkammer vorgenommen wird, so dass kreisförmige Wirbelströmungen im Bereich des Ventilsitzes und des Schließgliedes wirksam unterbunden werden und damit auch Luftbläschen nicht im Wirbel gefangen gehalten werden können. Insgesamt wird damit eine schnellere Entlüftung begünstigt, wodurch die Neigung des Ventils zur Geräuschbildung deutlich niedriger liegt. Zudem führt die Integration von Filterelement und Hülsenteil zu einem einzigen Bauelement zu einer kostengünstigen Lösung, da weder zusätzliche Teile noch Montagevorgänge notwendig werden. Weiterhin lässt sich diese Maßnahme ohne weiteres mit bisherigen Lösungen zur Geräuschdämpfung kombinieren.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Magnetventils möglich, wodurch vor allem eine einfache, kostengünstige und montagefreundliche Bauweise begünstigt wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Anmeldegegenstandes ergeben sich aus der Beschreibung sowie der Zeichnung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 einen Längsschnitt durch ein elektromagnetisch betätigtes Ventil und
2 einen Querschnitt nach II-II in 1 durch einen Ventilkörper und einen Stößel des Ventils,
3 als Einzelheit in vergrößertem Maßstab den Bereich der Ventilkammer mit dem eingebauten Filterelement und
4 eine perspektivische Darstellung des Filterelements nach 1 in vergrößertem Maßstab.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein in 1 der Zeichnung dargestelltes, elektromagnetisch betätigtes Ventil 10 für hydraulische Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen besteht im Wesentlichen aus zwei Baugruppen, nämlich einem in einer Stufenbohrung 11 eines Ventilblocks 12 befestigten hydraulischen Teil 13 und einem auf dem hydraulischen Teil aufgesteckten elektrischen Teil 14.
Der hydraulische Teil 13 weist einen Ventilkörper 16 mit einer durchgehenden Längsbohrung 17 auf. Auf der Seite des elektrischen Teils 14 ist am Ventilkörper 16 ein Ventildom 18 befestigt. In dem Ventildom 18 ist ein Anker 19 mit längs verlaufenden Nuten 20 längsbewegbar aufgenommen.
In der Stufenbohrung 11 des Ventilblocks 12 ist ein Ventilsitzteil 22 mit einem umfangsseitig angeordneten Dichtring 23 aufgenommen. Dieser trennt eine Zuströmbohrung 24 des Ventilblocks 12 von einer Abströmbohrung 25. Auf der Seite der Zuströmbohrung 24 ist in der Stufenbohrung 11 eine Filterscheibe 26 angeordnet. Der mit einer Längsbohrung 27 versehene Ventilsitzteil 22 ist mittels einer Hülse 28 mit dem Ventilkörper 16 verbunden. Die Hülse 28 besitzt mantelseitig eine Bohrung 29.
Die Hülse 28 umschließt eine sich zwischen dem Ventilkörper 16 und dem Ventilsitzteil 22 erstreckende Ventilkammer 31. In dieser Ventilkammer 31 ist ein Filtereinsatz 32 aufgenommen, auf den nachfolgend noch näher eingegangen wird. Dieser Filtereinsatz 32 ragt noch geringfügig in einen durchmessergrößeren Bohrungsabschnitt 33 der Längsbohrung 17 des Ventilkörpers 16 hinein. An diesen Bohrungsabschnitt 33 schließt sich ein hohlkegelförmiger Übergang 34 zum durchmesserkleineren Teil der Längsbohrung 17 an.
In der Längsbohrung 17 des Ventilkörpers 16 ist ein stiftförmiger Stößel 36 aufgenommen. Dieser Stößel 36 erstreckt sich vom Anker 19 bis in die Ventilkammer 31. Der Stößel 36 ist über die gesamte Länge des durchmesserkleineren Teils der Längsbohrung 17 mit geringem radialem Spiel längsbewegbar geführt. Der Stößel 36 hat mantelseitig vier voneinander getrennte Kanäle 37, die sich entlang dem Stößel 36, ausgehend von der Ventilkammer 31, bis zu dem Ventildom 18, erstrecken (1 und 2). Die Kanäle 37 sind in gleichmäßiger Teilung am Stößel 36 angeordnet und in ihrem Querschnitt konkav ausgerundet. Da der Stößel 36 in die Ventilkammer 31 hineinragt, steht diese auf Grund des hohlkegelförmigen Übergangs 34 mit einer im Querschnitt keilförmigen Verengung 38 zu dem Stößel 36 in strömungsgünstiger Weise mit dessen Kanälen 37 in Verbindung.
In der ventildomabgewandten Ventilkammer 31 befindet sich ein Schließglied 40 eines Sitzventils 41. Dieses hat einen am Ventilsitzteil 22 ausgebildeten, hohlkegelförmigen Ventilsitz 42, der mit der Längsbohrung 27 des Ventilsitzteils 22 in flüssigkeitsleitender Verbindung steht. Gegen das Ventilsitzteil 22 weist das Schließglied 40 einen durchmesserkleinen, zylindrischen Abschnitt 43 auf, der scharfkantig in ein dem Ventilsitz 42 zugeordnetes Kugelsegment 44 übergeht. Das Schließglied 40 ist ventilsitzabgewandt mit einem Zapfen 45 versehen, mit dem es, gleichachsig zum Stößel 36 verlaufend, mit großem radialen Spiel in diesen eingreift.
In der Ventilkammer 31 ist außerdem eine Rückstellfeder 47 in Form einer Schraubendruckfeder aufgenommen, welche einerseits am Ventilsitzteil 22 und andererseits am Schließglied 40 mit Vorspannung angreift. Unter der Wirkung der Rückstellfeder 47 sind das Schließglied 40, der Stößel 36 und der Anker 19 kraftschlüssig aneinander abgestützt. Wie in 1 dargestellt, nimmt das Sitzventil 41 seine Offenstellung ein, in welcher das Schließglied 40 über den Stößel 36 den Anker 19 im Anschlag am Ventildom 18 hält.
Wie die 1 in Verbindung mit der vergrößerten Einzelheit nach 3 und der perspektivischen Darstellung nach 4 näher zeigt, ist der Filtereinsatz 32 als rotationsförmiges Teil mit einem U-förmigen Querschnitt ausgebildet. Dabei bildet der innere Schenkel der U-Form ein kreisringförmiges Hülsenteil 50, während der äußere Schenkel als ringförmiges Filterelement 51 ausgebildet ist, die beide durch eine ringförmige Bodenplatte 52 miteinander fest verbunden sind. Der einstückig ausgebildete Filtereinsatz 32 ist mit seinem Hülsenteil 50 auf einen zapfenförmigen Fortsatz 53 des Ventilsitzteils 22 aufgepresst, so dass das Hülsenteil 50 den Ventilsitz 42 gleichachsig umringt. Das Hülsenteil 50 ist dabei in axialer Richtung so lang ausgebildet, dass es mit seinem frei auskragenden Abschnitt 53 den Abschnitt 43 des Schließglieds 40 konzentrisch umringt, während das freie Ende 54, das dem trichterförmigen Übergang zugeordnet ist, in den durchmessergrößeren Bohrungsabschnitt 33 der Längsbohrung 17 im Ventilkörper 16 ragt. Das freie Ende 54 des Hülsenteils 50 ist im Durchmesser so ausgebildet, dass es kleiner ist, als der maximale Durchmesser und größer ist als der minimale Durchmesser des trichterförmigen Übergangs 34. Das Filterelement 51 weist zwischen Stegen 55 ausgebildete fensterartige Öffnungen 56 auf, die durch Filtergewebe 57 abgedeckt sind. Das Filterelement 51 weist einen frei auskragenden, ringförmigen Rand 58 auf, mit dem sich der Filtereinsatz 32 in axialer Richtung am Ventilkörper 16 abstützt und der an seinem Außenumfang dichtend an der Hülse 28 anliegt. Somit ist gewährleistet, dass keine Flüssigkeit ungefiltert durch das Ventil strömen kann. Der Filtereinsatz 32 ist damit so gestaltet, dass er zusätzlich zur Filterfunktion noch zur Strömungsführung im Ventil genutzt wird. Zudem kann er kostengünstig als Spritzgussteil hergestellt werden und lässt sich auch in beengten Raumverhältnissen leicht montieren.
Das elektrische Teil 14 des Ventils 10 umschließt im Wesentlichen den aus dem Ventilblock 12 aufragenden Ventilkörper 16 mit Ventildom 18 und Anker 19. Der elektrische Teil 14 besteht aus einer Spule 60 mit einer elektrischen Wicklung 61, welche von einem magnetflussleitenden Gehäuse 62 mit Jochringscheibe 63 umschlossen ist. In Verbindung mit dem elektrischen Teil 14 ist der Ventilkörper 16 zugleich Polkern des Ventils 10.
Das Ventil 10 ist durch Bestromen seiner elektrischen Wicklung 61 und damit Erzeugen einer Magnetkraftwirkung auf den Anker 19 betätigbar. Die Magnetkraft bewirkt eine Bewegung des Ankers 19 gegen den Ventilkörper 16. Die Ankerbewegung wird über den Stößel 36 auf das Schließglied 40 übertragen. Hierdurch ist das Sitzventil 41 aus der gezeichneten Offenstellung in die Schließstellung schaltbar, in welcher das Kugelsegment 44 am Ventilsitz 42 angreift, oder das Sitzventil 41 ist durch Stromsteuerung in beliebige Zwischenstellungen überführbar. Bei geöffnetem Sitzventil 41 ist die Zuströmbohrung 24 des Ventilblocks 12 mit der Abströmbohrung 25 verbunden. Flüssigkeit kann dabei von der Zuströmbohrung 24 durch die Längsbohrung 27 des Ventilsitzteils 22, den Ventilsitz 42, die Ventilkammer 31, den Filtereinsatz 32 und die Bohrung 29 in der Hülse 28 zu der Abströmbohrung 25 fließen. Mit der flüssigkeitsgefüllten Ventilkammer 31 steht der Ventildom 18 durch die Kanäle 37 des Stößels 36 in flüssigkeitsleitender Verbindung.
Bei der Erstbefüllung der Bremsanlage kann sich Luft im Ventildom 18 befinden. Diese Luft wird in folgender Weise aus dem Ventildom 18 verdrängt:
Bei aus der Schließstellung heraus sich öffnendem Sitzventil 41 gelangen aus dem Ventilsitz 42 austretende Flüssigkeitsstrahlen in die dem Ventilsitz 42 gegenüberliegende trichterförmige Verengung 38 der Ventilkammer 31. Diese Strömungsführung wird noch unterstützt durch das den Ventilsitz 42 umgebende, rohrförmige Hülsenteil 50. Von der trichterförmigen Verengung 38 gelangt Flüssigkeit durch wenigstens einen Kanal 37 und wenigstens eine Nut 20 des Ankers 19 in den Ventildom 22. Dort verdrängt die Flüssigkeit die vorhandene Luft und reißt diese durch einen anderen Kanal 37 mit sich in die Ventilkammer 31, von der das Flüssigkeits-Luft-Gemisch durch die Abströmbohrung 25 aus dem Ventil 10 abgeleitet wird.
Ferner wird der Filtereinsatz 32 mit seiner besonderen Form durch das rohrförmige Hülsenteil 50 zur gezielten Strömungsführung genutzt. Durch den frei auskragenden Abschnitt 43 des Hülsenteils 50 wird nun verhindert, dass sich im Bereich des Schließgliedes 40 mit seinem bolzenförmigen Abschnitt 43 eine Wirbelströmung ausbilden kann. Der vom Hülsenteil 50 frei auskragende Abschnitt 53, der konzentrisch zum Ventilsitz 42 liegt, grenzt den Raum um das bolzenförmige Schließglied 40 ein. Durch diese Raumverengung läuft die Strömung innerhalb des Hülsenteils 50 nach oben und außerhalb von ihm wieder zurück. Dadurch wird der Weg der Strömung so geführt, dass sich keine kreisförmige Wirbelströmung mehr ausbilden kann. Dadurch wird auch verhindert, dass in der Wirbelströmung Luftblasen gefangen gehalten werden; vielmehr werden diese Luftblasen durch die Bohrung 29 in der Hülse 28 direkt nach draußen befördert. Diese Strömungsführung ergibt insgesamt, dass die Neigung des Ventils 10 zur Geräuschbildung deutlich niedriger liegt. Das Hülsenteil 50 lässt sich dabei im Verhältnis zum trichterförmigen Übergang 34 leicht so ausbilden und anordnen, dass sich die beiden Effekte zur Entlüftung gut miteinander kombinieren lassen.
Selbstverständlich sind an dem gezeigten Ausführungsbeispiel Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims

Elektromagnetisch betätigtes Ventil, insbesondere für hydraulische Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen, mit einem Ventilkörper (16), einem mit dem Ventilkörper (16) verbundenen Ventildom (18), in dem ein Magnetanker (19) längsbewegbar aufgenommen ist, mit einer Längsbohrung (17) im Ventilkörper (16) und einem in der Längsbohrung (17) längs bewegbar geführten Stößel (36) zum Übertragen einer Ankerbewegung auf ein Schließglied (40) eines Sitzventils (41) in einer vom Ventildom (18) abgewandt liegenden Ventilkammer (31), der aus einem Ventilsitz (42) des Sitzventils (41) strömende Flüssigkeit zuführbar und durch wenigstens einen Kanal (37) des Stößels (36) in den Ventildom (18) leitbar ist und mit einem der Ventilkammer (31) zugeordneten Filtereinsatz (32) der gehäusefest angeordnet ist und dessen Filterelement (51) zwischen Ventilsitz (42) und einem Druckmittelauslass (25) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz (32) ein kreiszylindrisches, innerhalb des Filterelements (51) liegendes Hülsenteil (50) aufweist, das den Ventilsitz (42) umgreift und gleichachsig zum Ventilsitz (42) so angeordnet ist, dass es mit seinem frei auskragenden Abschnitt (53) in die Ventilkammer (31) ragt.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz (32) einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, dessen innerer Schenkel das kreisringförmige Hülsenteil (52) und dessen äußerer Schenkel das ringförmige Filterelement (51) bilden, die durch eine ringförmige Bodenplatte (52) fest miteinander verbunden sind.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz (32) mit seinem Hülsenteil (50) dicht an einem den Ventilsitz (42) aufweisenden Ventilsitzteil (22) befestigt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinsatz (32) mit seinem freien, ringförmigen Rand (58) des Filterelements (51) am Ventilkörper (16) abgestützt ist.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Rand (58) eine Abdichtung zwischen Ventilkammer (31) und Druckmittelauslass (25) bildet.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet dass der Filtereinsatz (31) als einstückiges Spritzgussteil ausgebildet ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenteil (50) den Ventilsitz (42) mit einem Abschnitt (53) überragt dessen freie, axiale Länge größer ist, als der Durchmesser des Ventilsitzes (42).
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die den Stößel (36) führende Längsbohrung (17) über eine trichterförmige Erweiterung (34) in den Ventilraum (31) übergeht und dass dieser Erweiterung (34) einerseits der Hülsenabschnitt (53) gegenüberliegt, während andererseits an sie die längs des Stößels (36) zum Ankerraum führenden Kanäle (37) angeschlossen sind.
Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenabschnitt (53) in axialem Abstand von der trichterförmigen Erweiterung (34) endet.
Ventil nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das frei auskragende Ende (54) des Hülsenteils (50) einen Durchmesser aufweist der zwischen dem maximalen und dem minimalen Durchmesser der trichterförmigen Erweiterung (34) liegt.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilsitzteil (22) einen zapfenförmigen, den Ventilsitz (42) aufnehmenden Fortsatz (49) aufweist, auf dem der Filtereinsatz (32) befestigt ist, insbesondere aufgepresst ist.