DE102008063933A1

DE102008063933A1 - 2/2 Magnetventil

Info

Publication number: DE102008063933A1
Application number: DE102008063933A
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber
Original assignee: Ipgate AG
Current assignee: Ipgate AG
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes, hydraulisches Schnellschaltventil mit einem Elektromagneten (6, 7) und einem von diesem bewegten Anker (4) sowie einem Ventilsitz (13a), wobei ein Schieber (1) in einem Gehäuseteil (17) in axialer Richtung verschieblich gelagert ist, wobei das Gehäuseteil (17) den Ankerraum (A) und den Ventilraum (V) voneinander trennt, und dass sich der Schieber (1) vom Ankerraum (A) bis zum Ventilraum (V) erstreckt und mit dem Anker (4) verbunden ist und den im Ventilraum (V) angeordneten Absperrkörper (16, 16a) trägt oder bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes, hydraulisches Schnellschaltventil mit einem Elektromagneten, einem Ventilsitz und einem von diesem bewegten Anker.
Stand der Technik
Druckentlastete Magnetventile werden dann eingesetzt, wenn größere Querschnitte in Folge eines höheren Druckflusses notwendig sind. Bei normalen Sitzventilen ist die notwendige Magnetkraft und auch die Schaltzeit zu hoch. Aus der DE 38 02 648 ist ein druckentlastetes Magnetventil bekannt, bei dem der Anker auf einem fest stehenden Führungsstift verschieblich gelagert ist. Der Anker bildet zugleich den Ventilkegel als Absperrkörper bzw. Dichtelement. Da das Magnetmaterial des Ankers weich ist, kann sowohl die Lagerung als auch der Ventilsitz nicht verschleißfest sein. Außerdem sind enge Radialtole ranzen einzuhalten, um die Dichtheit sicher zu stellen. Weiterhin sind viele Toträume vorhanden, was die Entlüftung erschwert. Zudem ist das Ventil wegen Fehlens von Filtern am Ein- und Ausgang relativ verschmutzungsempfindlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verschleißfesteres Schnellschaltventil bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Material des Ankers nicht zugleich den Absperrkörper bildet. Der Anker ist vorzugsweise mit einem Schieber verbunden. Die Verbindung kann durch Stemmen oder Schweißen erfolgen. Der Schieber kann bevorzugt aus einem gehärteten Material gebildet sein und liegt verschieblich in einem Gehäuseteil ein. Der Schieber erstreckt sich dabei vom Ventilraum bis in den Ankerraum, wobei die Räume durch die abdichtende Lagerung des Schiebers im Ventilgehäuseteil voneinander getrennt sind.
Der Schieber kann mit seiner Stirnseite selbst den Absperrkörper bilden. Um die Radialtoleranzen zur Sicherstellung der Dichtheit auszugleichen wird der Ventilsitz bei der Montage auf das Dichtelement justiert und anschließend z. B. durch Schweißen mit dem Gehäuse verbunden.
Um die Radialtoleranzen zur Sicherstellung der Dichtheit auszugleichen ist auch möglich, dass der Absperrkörper an dem Schieber gelagert ist. In diesem Fall ist eine schwimmende Lagerung des Absperrkörpers am Schieber zur Selbstjustierung zu bevorzugen.
Der Bereich des Absperrkörpers, der mit dem Ventilsitz zusammenwirkt bzw. an diesem anliegt, ist vorteilhaft kegel- oder kugelförmig ausgebildet. Der Ventilsitz kann ebenfalls aus einem gehärteten Material gefertigt sein.
Der Totraum um den beweglichen Anker ist vorteilhaft sehr klein auszubilden. Der durch die Ankerbewegung erforderliche Volumenausgleich erfolgt vorteilhaft durch einen Kanal im Schieber, der z. B. durch eine axiale zentrale Bohrung und eine Querbohrung gebildet sein kann und sich vom Ankerraum bis zum Ventilraum bzw. bei geschlossenem Ventil bis zum Ventileingang erstreckt.
Am Ventilein- und Ventilausgang sind vorteilhaft Filter angeordnet, die das Eindringen von Schmutzpartikeln in das Ventil und eine Ablagerung von Schmutz am Ventilsitz verhindern.
Die Rückstellfeder, welche den Absperrkörper zusammen mit dem Schieber und Anker in Richtung der geöffneten Stellung kraftbeaufschlagt, kann im Ankerraum und noch besser im Ventilraum angeordnet werden. Es ist jedoch ebenso möglich jeweils eine Rückstellfeder im Ventilraum und eine Rückstellfeder im Ankerraum anzuordnen. Die Rückstellfeder im Ankerraum weist vorteilhaft nur einen kleinen Durchmesser auf.
Die Einstellung des Ankers auf Hub und Restluftspalt erfolgt vorteilhaft durch Verstemmen des Ankers mit dem Schieber. Die Baugröße und das Gewicht des erfindungsgemäßen Ventils sind klein, wobei das Ventil zudem aus wenigen Teilen besteht und damit kostengünstig herstellbar ist.
Nachfolgend wird eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils anhand der Figur näher erläutert.
Im Ventilgehäuse 17 ist der Schieber 1 mit geringem Spiel gelagert, damit der Leckfluss bei Druckdifferenz im geschalteten Zustand gering ist. Mit dem Schieber 1 ist der Magnetanker 4 verbunden, der bei 8 verstemmt oder verschweißt ist.
In der Figur sind zwei Alternativen für den Absperrkörper 16 bzw. 16a dargestellt. So kann der Absperrkörper 16 an dem Schieber, insbesondere schwimmend, gelagert sein. Hierbei liegt der schwimmende Absperrkörper 16 in einer stirnseitigen Ausnehmung 1a ein und ist durch einen Sicherungsring 11 verliersicher in dieser gehalten. Die topfförmige Ausnehmung 1a ist dabei durch den Flansch 10 gebildet. Bei dieser Ausführungsform wird zunächst der Ventilsitzkörper 13 auf den Ventilkörper 17 aufgepresst oder bei 12 verschweißt.
Bei der zweiten alternativen Ausführungsform ist der Absperrkörper 16a durch die Stirnseite des Schieber 1 gebildet.
Bei beiden Ausführungsformen ist mindestens eine Rückstellfeder 9, 9a vorgesehen, die das Ventil in die geöffnete Stellung bei nicht bestromtem Elektromagneten 7 treiben. Die Rückstellfedern können im Ankerraum A oder im Ventilraum V angeordnet werden, wobei letztere Anordnung zu bevorzugen ist. Es ist selbstverständlich ebenso möglich sowohl im Ankerraum A als auch im Ventilraum V jeweils eine Rückstellfeder 9, 9a vorzusehen. Bei der ersten Ausführungsform mit schwimmend gelagertem Absperrkörper 16 weist der Flansch 10 einen radialen Kragen 10a auf, an dem sich die Rückstellfeder 9a abstützt. Bei der zweiten alternativen Ausführungsform mit durch den Schieber 1 gebildetem Kegeldichtelement 16a müsste zur Abstützung der Rückstellfeder 9a auf dem Schieber 1 ein nicht gezeichneter Ring, z. B. ein Seeger Ring, vorgesehen werden.
Ventilhub HUB und Restluftspalt L₀ sind zwei wichtige Einstellparameter bei jedem Magnetventil. Der Hub kann beim erfindungsgemäßen Ventil durch z. B. entsprechende Dimensionierung des Flansches 10 und des Ventilsitzkörpers 13 vorgegeben werden. Infolge der Rückstellfeder 9, 9a liegt der Flansch 10 am Gehäuseteil 17, welches auch als Ventilkörper bezeichnet werden kann, an. Beim Wirken der Magnetkraft bewegt sich der Anker 4 mit dem Schieber 1 solange, bis das Dichtelement bzw. der Absperrkörper 16, 16a am Ventilsitz 13a anliegt. Diese Bewegung entspricht dem Ankerhub. Zur schnellen Abschaltung muss ein Restluftspalt L₀ zwischen Anker und Gehäuseteil 17 eingestellt werden. Hierzu wird mit einer Vorrichtung im teilmontierten Zustand, bei dem der Topf 5 noch nicht montiert ist, der Schieber mit Absperrkörper 16, 16a auf den Ventilsitz gepresst. Dabei wird der Anker 4 auf den Schieber 1 aufgebracht, wobei durch eine Zwischenlage zwischen Anker 4 und Gehäuseteil 17 der Restluftspalt L₀ eingestellt wird. Sind die Teile alle zueinander positioniert, wird der Anker 4 mit dem Schieber 1 über eine entsprechende Aussparung im Anker 4 kraft- und/oder formschlüssig verbunden.
Die Montage des Ventils unterscheidet sich dabei für die beiden alternativen Ausführungsformen. So erfolgt die Verstemmung bei der ersten Ausführungsform mit schwimmend gelagertem Absperrkörper 16 im teilmontierten Zustand, bei der der Hub und Restluftspalt L₀ eingestellt wird. Bevor dies erfolgt, wird der Ventilsitz 13 mit dem Ventilkörper 17 verbunden.
Bei der zweiten alternativen Ausführungsform, bei der der Schieber mit seiner Stirnseite den Absperrkörper 16a bildet, erfolgt die Montage in der Weise, dass der Absperrkörper bzw. das Dichtelement 16a in den Ventilsitzkörper 13 gedrückt wird und anschließend der Ventilsitzkörper 13 mit dem Ventilköper formschlüssig, z. B. durch Schweißen, bei 12a verbunden wird. Ist der Ventilsitzkörper 13 montiert, kann anschließend der Anker 4 mit dem Schieber 1 verstemmt werden. Hierbei wird ein Distanzelement entsprechend dem Hub und Restluftspalt L₀ zwischen Anker und Ventilkörper zur Fixierung des Ankers 4 mit dem Schieber 1 eingebracht, welches danach entfernt wird.
In der Normalstellung ist das Ventil offen, so dass das gleiche Druckniveau am Eingang HZ, im Ventilraum V und Ausgang RZ herrscht. Wird die Spule 7 bestromt, so erfolgt die Ankerbewegung gegen die Rückstellfeder 9, 9a oder der Schieber 1 bewegt sich und das Dichtelement 16 bzw. 16a trifft auf den Ventilsitzkörper 13 und sperrt die Verbindung vom Eingang HZ hin zum Ausgang RZ.
Der Eingangsdruck wirkt durch die Längsbohrung 2 und Querbohrung 3 auf die Rückseite des Schiebers 1 in den Ankerraum A. Bei Gleichheit der effektiven Durchmesser von Schieber 1 und Absperrkörper bzw. Dichtelement 16 bzw. 16a im Ventilsitz 13 entsteht keine Differenzkraft, was insbesondere bei Ventilöffnung die Kräftebilanz bestimmt. Bei der ersten Ausführungsform weist der Absperrkörper 16 ebenfalls eine axiale Durchgangsbohrung 16b auf, damit bei geschlossenem Ventil eine Verbin dung vom Ventileingang HZ hin zum Ankerraum A über den Kanal 2, 3 des Schiebers 1 zum Druckausgleich besteht. Bei der Ankerbewegung wird Hydraulikvolumen verdrängt, was über die Längs- und Querbohrung 2, 3 abfließen kann.
Der Schieber 1 hat zur Erzielung möglichst kleiner Leckverluste ein möglichst kleines Spiel zum Gehäuseteil 17.
Zur Erzielung möglichst kurzer Schaltzeiten ist bereits bekannt, beim Einschalten der Spule mit einem überhöhten Push-Strom zu arbeiten und anschließend bei geschlossenem Ventil über PWM den Strom zu reduzieren, damit anschließend auch die Abschaltzeit klein wird.
Am Eingang HZ und Ausgang RZ sind jeweils Filter 15 und 16 vorgesehen, um Schmutzpartikel vom Ventilsitz 13 fern zu halten.
Für hohe Schaltspielzahlen ist der magnetisch gut leitende Werkstoff des Gehäuseteils 17 nicht geeignet. Hier kann eine harte Gleitschicht in der Bohrung oder eine Laufbuchse aus Lagermetall oder gehärtetem Stahl eingesetzt werden.

1: Schieber
1a: Stirnseitige Ausnehmung des Schiebers 1
2: Längsbohrung
3: Querbohrung
4: Anker
5: nichtmagnetischer Topf
6: Joch
7: Spule
8: Verstemmung
9: Rückstellfeder im Ankerraum
9a: Rückstellfeder im Ventilraum
10: Flansch
10a: Kragen
11: Anschlagring
12: Schweißstelle radial
12a: Schweißstelle axial
13: Ventilsitzkörper
13a: Ventilsitz
13b: Durchlassöffnung bzw. -kanal
14: Ventilblock
15: Ausgangsfilter
16: schwimmend gelagerter Absperrkörper mit Kugelform
16a: durch Stirnseite des Schiebers gebildeter Absperrkörper mit Kegelform
16b: Durchgangsbohrung
16c: Kragen
18: Buchse
17: Gehäuseteil bzw. Ventilkörper
A: Ankerraum
RZ: Verbindung zum Radzylinder
HZ: Verbindung zum Hauptbremszylinder
L₀: Restluftspalt
V: Ventilraum
AB: Abstand zwischen Ventilgehäuse 17 und Anker 4, der durch Ventilhub HUB und Restluftspalt L₀ bestimmt ist;

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3802648 [0002]

Claims

Elektromagnetisch betätigtes, hydraulisches Schnellschaltventil mit einem Elektromagneten (6, 7) und einem von diesem bewegten Anker (4) sowie einem Ventilsitz (13a), dadurch gekennzeichnet, dass ein Schieber (1) in einem Gehäuseteil (17) in axialer Richtung verschieblich gelagert ist, wobei das Gehäuseteil (17) den Ankerraum (A) und den Ventilraum (V) voneinander trennt, und dass sich der Schieber (1) vom Ankerraum (A) bis zum Ventilraum (V) erstreckt und mit dem Anker (4) verbunden ist und den im Ventilraum (V) angeordneten Absperrkörper (16, 16a) trägt oder bildet.
Schnellschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkörper (16) schwimmend an dem Schieber (1), insbesondere in einer stirnseitigen Ausnehmung (1a), insbesondere schwimmend gelagert ist.
Schnellschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkörper (16a) durch die Stirnseite des Schiebers (1) gebildet ist.
Schnellschaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (13a) eine konische Anlagefläche für den Absperrkörper aufweist, wobei der Ventilsitz (13a), insbesondere in seiner Mitte, eine Durchlassöffnung oder einen Durchlasskanal (13b) zur Verbindung des Ventileingangs (HZ) und des Ventilraums (V) aufweist.
Schnellschaltventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkörper (16a) einen Verbindungskanal (16b), insbesondere in Form einer axialen Bohrung aufweist, der die Durchlassöffnung bzw. den Durchlasskanal (13b) des Ventilsitzes (13) mit einem im Schieber (1) befindlichen Kanal (2, 3) verbindet, wobei der Kanal (2, 3) im Schieber (1) den Verbindungskanal des Absperrkörpers (16b) mit dem Ankerraum (A) verbindet.
Schnellschaltventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (2, 3) des Schiebers (1) durch mindestens eine axiale Bohrung und eine Querbohrung gebildet ist, wobei der Kanal (2, 3) insbesondere an der Stirnseite oder in der stirnseitigen Ausnehmung (1a) endet.
Schnellschaltventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnellschaltventil ein druckentlastetes 2/2-Wege-Ventil ist.
Schnellschaltventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Absperrkörpers (16, 16a), der mit dem Ventilsitz (13) zusammenwirkt, kegelförmig oder kugelförmig ausgebildet ist.
Schnellschaltventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkörper (16) radial- und/oder axialverschieblich am Schieber (1) gelagert ist.
Schnellschaltventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in der stirnseitigen, insbesondere topfförmigen, Ausnehmung (1a) des Schiebers (1) einliegende Absperrkörper (16) einen insbesondere angeformten umlaufenden Kragen (16c) aufweist, wobei ein Sicherungselement (11), insbesondere in Form eines Sicherungsrings der in einer Nut der zylindrischen Wandung der Ausnehmung (1a) einliegt, den Absperrkörper (16) in der Ausnehmung (1a) hält.
Schnellschaltventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Topf (5) aus unmagnetischem Material den Ankerraum (A) vom Elektromagneten (6, 7) trennt.
Schnellschaltventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetjoch (6) des Elektromagneten mit Spule (7) den Topf (5) umgreift und zur Montage insbesondere auf den Topf (5) aufschiebbar ist.
Schnellschaltventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Ventilraum (V) angeordnete Rückstellfeder (9a) den Schieber (1) in Richtung der geöffneten Ventilstellung kraftbeaufschlagt.
Schnellschaltventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (9a) sich mit ihrem einen Ende an einem Ventilsitzkörper (13) oder einem Gehäuseteil und mit ihrem anderen Ende am Schieber (1), insbesondere einem am Schieber (1) angeordneten oder angeformtem Kragen (10a) abstützt und den Absperrkörper (16) umgreift.
Schnellschaltventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder (9) im Ankerraum (A) angeordnet ist und sich mit ihrem einen Ende an einem Ventilgehäuseteil (17) und mit ihrem anderen Ende am Schieber (1), insbesondere einem am Schieber angeordneten oder angeformtem Kragen oder am Anker (4) abstützt.
Schnellschaltventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventileingang (HZ) und/oder am Ventilausgang (RZ) ein Filter (15, 16) angeordnet ist.
Schnellschaltventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil zum Schließen mit einem erhöhten Strom und zum Halten des Ventils in der geschlossenen Stellung mit einem niedrigeren Haltestrom, vorzugsweise mit PWM, bestromt wird.
Schnellschaltventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (4) durch Stemmen, Schweißen, Schrauben oder mittels eines Sicherungsstifts mit dem Schieber (1) verbunden ist.
Schnellschaltventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (17) eine Gleitschicht zur Lagerung des Schiebers (1) aufweist oder dass im Gehäuseteil (17) eine Laufbuchse (18) aus Lagermetall oder gehärtetem Stahl zur Lagerung des Schiebers (1) angeordnet ist.
Verfahren zur Montage eines Schnellschaltventils nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radial verschieblich gelagerte Ventilsitz (13) durch den Absperrkörper (16a) radial in Position gebracht bzw. justiert wird, wonach dann der Ventilsitz (13) fixiert, insbesondere mit dem Ventilgehäuse verbunden, wird.
Verfahren zur Montage eines Schnellschaltventils nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des notwendigen Restluftspalts (L₀) zwischen Gehäuseteil (17) und Anker (4) zunächst der Schieber (1) mit dem Absperrkörper (16, 16a) gegen den Ventilsitz (13a) gedrückt wird, wo nach dann der Anker (4) auf den Schieber (1) aufgeschoben wird und mittels eines Abstandsmittels der Restluftspalt (L₀) eingestellt wird und in dieser Stellung der Teile zueinander der Anker (4) mit dem Schieber (1), insbesondere an einer speziellen durch Bohrung oder Einstich vorbereiteten Stelle, form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden.