DE102006047440A1

DE102006047440A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE102006047440A1
Application number: DE102006047440A
Authority: DE
Inventors: Jochen Zimmermann
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2006-10-07
Filing date: 2006-10-07
Publication date: 2008-04-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, welches zum Verbinden oder Trennen von Druckmittelkanälen (10, 11) in einem Ventilgehäuse (4) ein mit einem Magnetanker (7) zusammenwirkendes Ventilschließglied (3) aufnimmt, das im Ventilgehäuse (4) auf einen Ventilsitz (5) gerichtet ist, mit einer eine erste Spulenwicklung (1) aufweisenden Magnetspule, die zur Betätigung des Magnetankers (7) koaxial zum Magnetanker (7) am Ventilgehäuse (4) angeordnet ist, sowie mit Mitteln zur Betätigung des Ventilschließgliedes (3) in wenigstens eine Zwischenstellung, in welcher der Ventilsitz (5) weder verschlossen noch vollständig geöffnet ist. Zur einfachen digitalen Betätigung des Ventilschließgliedes (3) in die Zwischenstellung ist wenigstens eine weitere Spulenwicklung (2) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 102 54 342 A1 ist bereits ein derartiges Elektromagnetventil bekannt geworden, dessen Ventilgehäuse ein mit einem Magnetanker zusammenwirkendes Ventilschließglied aufnimmt, das auf einen Ventilsitz im Ventilgehäuse gerichtet ist. Zur Betätigung des Magnetankers ist eine Magnetspule vorgesehen, die außerhalb eines hülsenförmigen Ventilgehäuseabschnitts angeordnet ist. Das Elektromagnetventil ist ausschließlich binär schaltbar.
Ferner ist aus DE 100 16 599 A1 ein mittels analog regelbares Elektromagnetventil bekannt, Die Analogfunktion wird mit einer Magnetspule derart realisiert, dass der Spulenstrom mittels einer Pulsweitenmodulation eingeregelt wird und so die benötigten Kraftabstufungen für die unterschiedlichen Stellungen des Ventilschließgliedes erreicht werden. Der Stromregler ist entsprechend aufwendig.
Alternativ ist aus DE 43 19 227 A1 ein digital schaltendes Elektromagnetventil mit einem differenzdruckabhängigen Schaltkolben bekannt, um mittels einer durch den Schaltkolben aktivierbaren Blendenfunktion den Volumenstrom durch das Elektromagnetventil bei Bedarf reduzieren zu können. Auch hier ist der bauliche Aufwand zur Darstellung einer Blendenfunktion erheblich.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art derart zu verbessern, dass die vorgenannten Nachteile nicht auftreten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im Folgenden aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.
Die 1 zeigt ein im Längsschnitt abgebildetes, als 2/2-Wegesitzventil ausgelegtes Elektromagnetventil, das ein in Patronenbauweise ausgeführtes Ventilgehäuse 4 aufweist, welches ein von einem Magnetanker 7 betätigbares Ventilschließglied 3 aufnimmt, das konzentrisch auf einen Ventilsitz 5 im Ventilgehäuse 4 gerichtet ist.
Zur Betätigung des Magnetankers 7 ist eine Magnetspule 6 außen am dünnwandigen Hülsenabschnitt 13 des Ventilgehäuses 4 angeordnet. Die Magnetspule 6 ist von einem den Magnetfluss leitenden Jochblech 9 umschlossen. Eine Schweißnaht 14 stellt die notwendige dichte Verbindung des nicht magnetischen Hülsenabschnitts 13 mit der den Magnetfluss leitenden Ventilgehäuse 4 sicher.
Zwischen dem rohrförmigen Abschnitt des Ventilgehäuses 4 und dem Magnetanker 7 befindet sich ein Axialspalt, der ebenso wie ein zwischen einer Mantelfläche des Magnetankers 7 und dem Ventilgehäuse 4 vorgesehenen Radialspalt 4 während einer elektromagnetischen Erregung von Magnetfeldlinien überbrückt ist.
Das den Magnetfluss leitende Unterteil des Ventilgehäuses 4 bildet die Ventilpatrone, auf deren Oberseite das magnetische Jochblech 9 anliegt. In den unteren Bereich der Ventilpatrone mündet der Druckmittelkanal 11 und der weitere Druckmittelkanal 10 ein, die durch das Ventilschließglied 3 voneinander trennbar sind.
Um eine möglichst kostengünstige Herstellung zu ermöglichen, ist das Jochblech 9 und der Hülsenabschnitt 13 als Tiefziehteil, der Magnetanker 7 und der rohrförmige Abschnitt des Ventilgehäuses 4 als Kaltschlag- oder Fließpressteil ausgebildet.
Ferner weist das abgebildete Elektromagnetventil ein an der Ventilpatrone angeordnetes Filterelement 15 auf, um einen Schmutzeintrag in den in der Regel kalibrierten Druckmittelkanal 11 (Ventileinlass) zu verhindern.
Ferner weist das in Grundstellung geöffnete Elektromagnetventil zwischen dem Ventilsitz 5 und dem Magnetanker 7 eine Druckfeder auf, die das Ventilschließglied 3 in seiner maximalen Offenstellung positioniert.
Die Erfindung sieht vor, dass zur Betätigung des Ventilschließgliedes 3 in eine den Volumenstrom im Elektromagnetventil reduzierende Zwischenstellung (Komfortstellung) die Magnetspule 6 außer einer ersten Spulenwicklung 1 wenigstens eine weitere Spulenwicklung 2 aufweist, mit der Besonderheit, dass die mittels der weiteren Spulenwicklung 2 erzeugbare Magnetkraft gegenüber der erzeugbaren Magnetkraft der ersten Spulenwicklung 1 kleiner ist.
Um die gewünschte mehrstufige Betätigung zu erzielen, sind beide Spulenwicklungen 1, 2 am Ventilgehäuse 4 zueinander konzentrisch ausgerichtet und weisen eine voneinander abweichende Windungsanzahl N1, N2 auf. Die Summe der Windungsanzahl beider Spulenwicklungen 1, 2 ist hierbei zweckmäßigerweise derart ausgelegt ist, dass bei gleichzeitiger elektrischer Bestromung beider Spulenwicklungen 1, 2 das Ventilschließglied 3 mit maximaler Magnetkraft auf den Ventilsitz 5 pressbar ist, sodass auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen jederzeit ein sicheres Schließen des Elektromagnetventils gewährleistet ist.
Beide Spulenwicklungen 1, 2 sind zur Einstellung unterschiedlicher Ventilhübe getrennt voneinander elektrisch aktivierbar, wobei die Magnetkraft einer der beiden Spulenwicklungen 1, 2 derart bemessen ist, dass zur Vermeidung einer thermischen Überlastung der Magnetspule 6 im Dauerbetrieb, das Ventilschließglied 3 abweichend von der maximalen Magnetkraft mit einer reduzierten Magnetkraft in Schließstellung am Ventilsitz 5 positionierbar ist.
Eine sehr einfache Betätigung des Magnetankers 7 in die gewünschte Teil- oder Vollhubstellung ergibt sich durch eine digitale Ansteuerung beider Spulenwicklungen 1, 2 mittels einer konstanten elektrischen Spannung und/oder mittels eines konstanten elektrischen Stroms.
Eine konstruktiv vorteilhafte Ausbildung der Magnetspule 6 ergibt sich durch eine konzentrische Parallelanordnung beider Spulenwicklungen 1, 2 auf einem einzigen Spulenwickelkörper 8, der im hülsenförmigen Jochblech 9 eingesetzt ist.
Zusammenfassend sind für die Funktionsweise des vorgestellten Elektromagnetventils die folgenden Betriebsbedingungen zu beachten:
Eine komfortable Funktion des vorgestellten Elektromagnetventils wird durch eine geeignete Bestromung der Magnetspule 6 mit einem konstanten Strom I dargestellt, wobei 0<I<Schließstrom I_max.
Benötigt wird eine maximale Schließkraft F_max für das Ventilschließglied 3, um das Elektromagnetventil unter allen auftretenden Situationen noch sicher schließen zu können. Der erforderliche Schließstrom I_max ergibt sich aus der angelegten Betriebsspannung U und dem Spulenwiderstand R. Die maximale Schließkraft F_max ergibt sich mit der Windungszahl N_max beider Spulenwicklungen 1, 2.
Um das Ventilschließglied 3 vollständig vom Ventilsitz 5 abzuheben, wird die aus den beiden Spulenwicklungen 1, 2 bestehende Magnetspule 6 stromlos geschaltet, wodurch sich ein maximaler Volumenstrom Q_max in Abhängigkeit vom Differenzdruck ΔP im Elektromagnetventil einstellt.
Des weiteren lässt sich für das Elektromagnetventil ein Betriebszustand einstellen, in dem der Schließstrom I_hold so weit abgesenkt ist, dass einerseits bei sehr langer Ansteuerung ein thermischer Schutz für die Magnetspule 6 gewährleistet ist, aber anderseits genug Kraft F_hold vorhanden ist, um das Ventilschließglied 3 am Ventilsitz 5 geschlossen zu halten.
Möchte man einen komfortablen Betriebspunkt einstellen, also einen Betriebspunkt, in dem das Ventil nur teilweise öffnet und so einen gewissen Volumenstrom Q_n einstellt (0<Q_n<Q_max), so muss eine Kraft F_n am Ventil eingestellt werden, die kleiner als die Haltekraft F_hold ist: 0<F_n<F_hold.
Deshalb liegt der Erfindung die Idee zugrunde, dass die Magnetspule 6 aus zwei konzentrischen Spulenwicklungen 1, 2 besteht, die in ihrer Windungszahl derart ausgelegt sind, dass beide Teilwicklungen (Spulenwicklungen 1, 2) zusammen die maximale Schließkraft F_max aufbringen. Eine der Teilwicklungen muss eben genau so viel Kraft aufbringen, um den thermischen Schutz bei genügender Haltekraft F_hold zu gewährleisten. Die andere Teilwicklung bringt die Kraft F_n für die Zwischenstellung des Ventilschließgliedes 5 auf, bei der sich ein reduzierter Volumenstrom Q_n einstellt. Beide Teilwicklungen sind daher elektrisch getrennt aktivierbar.
Das vorgestellte Elektromagnetventil kommt bevorzugt in einem schlupfgeregelten Kfz-Bremssystem zur Anwendung, wozu der nur abschnittsweise abgebildete Ventilblock 12 eine Vielzahl von Ventilaufnahmebohrungen aufweist, die in mehreren Reihen zur Aufnahme des jeweils stromlos geöffneten Elektromagnetventils in den Ventilblock 12 eingesetzt sind. Hierdurch ergibt sich ein besonders kompaktes Bremsgerät, dessen Ventilblock 12 aufgrund der geringen Bauhöhe der abgebildeten Elektromagnetventile insgesamt sehr flach baut. Im Zusammenspiel mit einem stromabwärts zu jeder Radbremse angeordneten weiteren Elektromagnetventil lässt sich mittels einer geeigneten Steuerelektronik im Schlupfregelfall den Bremsdruckauf- und den Bremsdruckabbau in der Radbremse regeln.

1: Spulenwicklung
2: Spulenwicklung
3: Ventilschließglied
4: Ventilgehäuse
5: Ventilsitz
6: Magnetspule
7: Magnetanker
8: Spulenwickelkörper
9: Jochblech
10: Druckmittelkanal
11: Druckmittelkanal
12: Ventilblock
13: Hülsenabschnitt
14: Schweißnaht
15: Filterelement
16: Druckfeder

Claims

Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen, welches zum Verbinden oder Trennen von Druckmittelkanälen in einem Ventilgehäuse ein mit einem Magnetanker zusammenwirkendes Ventilschließglied aufnimmt, das im Ventilgehäuse auf einen Ventilsitz gerichtet ist, mit einer eine Spulenwicklung aufweisenden Magnetspule, die zur Betätigung des Magnetankers koaxial zum Magnetanker am Ventilgehäuse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung des Ventilschließgliedes (3) in eine den Volumenstrom reduzierenden Zwischenstellung die Magnetspule (6) mit wenigstens einer weiteren Spulenwicklung (2) versehen ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der weiteren Spulenwicklung (2) erzeugbare Magnetkraft gegenüber der erzeugbaren Magnetkraft der ersten Spulenwicklung (1) kleiner ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Spulenwicklungen (1, 2) am Ventilgehäuse (4) zueinander konzentrisch ausgerichtet sind.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Spulenwicklungen (1, 2) eine voneinander abweichende Windungsanzahl (N1, N2) aufweisen, wobei die Summe der Windungsanzahl beider Spulenwicklungen (1, 2) derart ausgelegt ist, dass bei gleichzeitiger elektrischer Bestromung beider Spulenwicklungen (1, 2) das Ventilschließglied (3) mit maximaler Magnetkraft auf den Ventilsitz (5) pressbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Spulenwicklungen (1, 2) getrennt voneinander elektrisch aktivierbar sind, wobei die Magnetkraft einer der beiden Spulenwicklungen (1, 2) derart bemessen ist, dass zur Vermeidung einer thermischen Überlastung der Magnetspule (6) im Dauerbetrieb, das Ventilschließglied (3) mit einer reduzierten Magnetkraft in Schließstellung am Ventilsitz (5) positionierbar ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Spulenwicklungen (1, 2) zwecks digitalem Betrieb des Magnetankers (7) mit einer konstanten elektrischen Spannung und/oder einem konstanten elektrischen Strom beaufschlagbar sind.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Spulenwicklungen (1, 2) in konzentrischer, paralleler Anordnung gemeinsam auf einem einzigen Spulenwickelkörper (8) angeordnet sind, der in einem hülsenförmigen Jochblech (9) eingesetzt ist.