DE102016206034A1

DE102016206034A1 - Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen

Info

Publication number: DE102016206034A1
Application number: DE102016206034.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Courth
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2016-04-12
Filing date: 2016-04-12
Publication date: 2017-10-12

Abstract

Um ein sanftes Schaltverhalten – insbesondere bei Elektromagnetventilen – zu schaffen, die stromlos geschlossen sind, ist es schon bekannt, zwei Ventilschließkörper (7, 8) vorzusehen, wobei der erste Ventilschließkörper (7) einen im Durchmesser kleinen Ventildurchgang (5) im zweiten Ventilschließkörper (8) zu schließen vermag und der zweite Ventilschließkörper (8) dazu dient, einen querschnittsgroßen Ventildurchgang (6) im Gehäuse des Ventils zu schließen. Der zweite Ventilschließkörper (8) ist von einer Ventilfeder (17) belastet, die in der Anfangsphase eines Öffnungsvorganges diesen noch in seiner Schließposition hält. Erst wenn ein gewisser Druckausgleich stattgefunden hat, tritt die Ventilfeder (17) in Wirkung und zieht den zweiten Ventilschließkörper (8) gegen den ersten Ventilschließkörper (7), so dass der erste Ventildurchgang (5) geschlossen ist und für den weiteren Druckausgleich der zweite Ventildurchgang (6) zur Verfügung steht. In der vorliegenden Erfindung ist die Ventilfeder (17) als Zugfeder ausgeführt, die zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilschließkörper (7, 8) angeordnet ist und eine auf Zug belastete Verbindung zwischen diesen herstellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem Ventilgehäuse, in dem sich ein erster und ein zweiter Ventilschließkörper in koaxialer Anordnung befinden, die einen ersten und einen zweiten Ventildurchgang zu öffnen oder zu verschließen vermögen, wobei der erste Ventildurchgang einen kleineren Querschnitt aufweist als der zweite Ventildurchgang, mit einem in das Ventilgehäuse einmündenden Druckmitteleinlass und einem Druckmittelauslass, wobei der erste Ventilschließkörper abhängig von der elektromagnetischen Erregung einer Ventilspule den im zweiten Ventilschließkörper gelegenen ersten Ventildurchgang zu öffnen oder zu verschließen vermag und wobei der zweite Ventilschließkörper unter dem Einfluss einer Ventilfeder ausschließlich in der Offenstellung des ersten Ventildurchganges den zweiten Ventildurchgang freigibt, so dass ein im Druckmitteleinlass anstehendes Druckmittel entlang einem Strömungsweg innerhalb des Ventilgehäuses, in dem sich der erste als auch zweite Ventildurchgang befindet, zum Druckmittelauslass gelangt.
Ein derartiges Elektromagnetventil ist in der DE 102 52 231 A1 beschrieben und arbeitet wie folgt:
Das Elektromagnetventil ist stromlos geschlossen. Es wird geöffnet, in dem der Elektromagnet des Ventils strombeaufschlagt wird, so dass ein Magnetanker, der mit dem ersten Ventilschließkörper verbunden ist, gegen einen Magneten gezogen wird.
Damit wird gleichzeitig der erste Ventildurchgang im zweiten Ventilschließkörper geöffnet, so dass zunächst darüber Druckmittel vom Druckmitteleinlass zum Druckmittelauslass gelangt.
Da der Querschnitt des ersten Ventildurchganges klein ist, erfolgt der Druckausgleich nur langsam. Der erste Ventilschließkörper ist dabei einerseits vom Druck am Druckmitteleinlass und andererseits vom Druck am Druckmittelauslass des Ventils belastet, wodurch – da der zweite Ventildurchgang im Querschnitt größer ist als der erste – der Druck am Druckmittelauslass den ersten Ventilschließkörper zunächst, d. h solange noch kein Druckausgleich stattgefunden hat, gegen den zweiten Ventildurchgang drückt, so dass dieser geschlossen bleibt.
Der erste Ventilschließkörper ist von einer Ventilfeder belastet, die gegen den Druck am Druckmitteleinlass arbeitet.
Nachdem der erste Ventildurchgang geöffnet worden ist und sich dadurch nach und nach ein Druckausgleich einstellt, gibt es einen bestimmten Punkt, bei dem die Gesamtdruckkraft auf den ersten Ventilschließkörper kleiner wird als die Kraft der Ventilfeder, so dass diese den zweiten Ventilschließkörper vom zweiten Ventildurchgang abhebt und diesen öffnet.
Der weitere Druckmittelabfluss erfolgt jetzt rasch über den großen Querschnitt des zweiten Ventildurchganges.
Durch eine derartige zweistufige Ausbildung des Ventils lässt sich ein weicher Öffnungsvorgang realisieren.
Die Ventilfeder ist als Druckfeder ausgelegt und dazu von unten, d. h. gegen eine Fläche, die zum zweiten Ventildurchgang gerichtet ist, gegen einen Bund am zweiten Ventilschließkörper angelegt.
Um eine dem Bund gegenüberliegende Abstützung für die Ventilfeder zu realisieren, befindet sich am Magnetanker eine Hülse, die unter den Bund greift und einen nach innen gerichteten Absatz aufweist, an dem die Ventilfeder abgestützt wird. Es wird also ein zusätzliches Bauteil, nämlich die Hülse, benötigt, um eine Abstützung für die Ventilfeder zu schaffen.
Die Erfindung beruht auf der Aufgabe, weiterhin einen weichen Schaltvorgang – wie oben erläutert – zu realisieren und dabei aber zu einem einfacheren Aufbau des Ventils zu gelangen.
Die Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Ventilfeder zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilschließkörper angeordnet ist und an diesen derart angebracht ist, dass eine auf Zug belastende Verbindung zwischen den Ventilschließkörpern hergestellt ist.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird somit die Ventilfeder nicht als Druckfeder, sondern als Zugfeder genutzt. Dies hat den Vorteil, dass auf ein weiteres Bauteil, das eine Abstützung für die Ventilfeder realisiert, verzichtet werden kann.
Vorzugsweise ist die Ventilfeder so ausgelegt, dass die Ventilfeder einen Minimalhub und einen Maximalhub aufweist, wobei der Minimalhub vorliegt, wenn der erste Ventilschließkörper am ersten Ventildurchgang anliegt, und der Maximalhub vorliegt, wenn der erste Ventilschließkörper vom zweiten Ventilschließkörper beabstandet ist und der zweite Ventilschließkörper am zweiten Ventildurchgang anliegt, und dass die Federeigenschaft der Ventilfeder so eingerichtet ist, dass die Federkraft im Maximalhub kleiner ist als eine vorgegebene Haltekraft, die sich aus dem auf die Querschnittdifferenz des zweiten und ersten Ventildurchganges bezogenen Druckdifferenzwert am zweiten Ventilkörpers bestimmt, bei dem dieser sich in einer Position befindet, bei der der zweite Ventildurchgang noch geschlossen ist aber noch kein Druckausgleich zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck stattgefunden hat, aber größer ist als eine Lösekraft, die sich aus dem auf die Querschnittdifferenz des zweiten und ersten Ventildurchganges bezogenen Druckdifferenzwert am zweiten Ventilkörpers bestimmt, bei dem dieser sich in einer Position befindet, bei der der zweite Ventildurchgang noch geschlossen ist, aber wegen des geöffneten ersten Ventildurchganges schon wenigstens ein teilweiser Druckausgleich zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck stattgefunden hat.
Diese Abstimmung der Ventilfeder bewirkt, dass ihre Federkraft nicht ausreicht, den zweiten Ventilschließkörper nachzuziehen, solange noch kein Druckausgleich stattgefunden hat. Der zweite Ventilschließkörper verbleibt vielmehr zunächst in seiner Schließposition am zweiten Ventildurchgang.
Erst wenn ein gewisser Druckausgleich stattgefunden hat und die Gesamtdruckkraft auf den zweiten Ventilschließkörper sich verringert hat, ist die Federspannung in der Lage, den zweiten Ventilschließkörper vom zweiten Ventildurchgang abzuheben und diesen zu öffnen.
Um die Ventilfeder zu befestigen, wird vorgeschlagen, dass der Magnetanker an seiner dem zweiten Ventilschließkörper zugewandten Seite einen ersten Sockel und der diesem Sockel gegenüber liegenden Stirnseite des zweiten Ventilschließkörpers einen zweiten Sockel aufweist, wobei die Ventilfeder mit ihren Enden jeweils an einer der Sockel befestigt ist.
Die Befestigung lässt sich besonders einfach realisieren, wenn die Ventilfeder eine Zylinderfeder ist und dass die Sockel jeweils eine zylindrische Form haben und die Enden der Ventilfeder auf die Sockel aufgesteckt sind.
Es sind keine weiteren Befestigungsmittel notwendig, wenn der Innendurchmesser der Ventilfeder etwas kleiner ist als die Außendurchmesser der Sockel, so dass die Innenseite der Ventilfeder reibschlüssig an der Mantelfläche der Sockel gehalten ist.
Die Differenz des Innendurchmessers der Zylinderfeder zu den Außendurchmessern der Sockel muss so gewählt sein, dass der Reibschluss eine größere Befestigungskraft vermittelt, als es die Lösekraft ist.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass der zweite Ventilschließkörper als Drehteil aus Automatenstahl hergestellt ist.
Außerdem sieht die Erfindung vor, dass das Ventilgehäuse einteilig ausgeführt ist, dessen vom zweiten Ventildurchgang abgewandtes offenes Hülsenende von einem als Magnetkern wirksamen Stopfen verschlossen ist, der als Kaltschlag bzw. Fließpressteil ausgebildet ist.
Im Folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert. Die einzige Fig. zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil.
Das Elektromagnetventil besitzt demnach ein einteiliges, im Tiefziehverfahren dünnwandig ausgeführtes Ventilgehäuse 1, das das obere Ende eines separaten, am Außenumfang des Ventilgehäuses aufgesetzten und mittels Laserschweißung befestigten Haltekragens 2 aufnimmt, der durch spanlose Umformung beispielsweise als Kaltschlagteil hergestellt ist. Der im Wesentlichen scheibenförmige Haltekragen 2 ist am Außenumfang als Verstemmstempel ausgebildet, so dass dieser mit seiner am Umfang umlaufenden Hinterschneidung mit dem konfektionierten Ventilgehäuse 1 in einer gestuften Aufnahmebohrung eines hier nicht gezeigtem blockförmigen Ventilträgers eingepresst werden kann, dessen weiches Material während des Einpressvorgangs zu Befestigungs- und Dichtzwecken in die Hinterschneidung verdrängt wird.
Am unteren Ende des Haltekragens 2 ist eine Hülse 9 befestigt, die eine Verlängerung des Ventilgehäuses 1 bildet. Oberhalb des Haltekragens 2 ist der offene Endabschnitt des hülsenförmigen Ventilgehäuses 1 mit einem Stopfen 14 verschlossen, der gleichzeitig die Funktion eines Magnetkerns übernimmt. Auch der Stopfen 14 besteht aus einem kostengünstigen und hinreichend präzise gefertigten Kaltschlagteil, das mit dem Ventilgehäuse 1 am Außenumfang laserverschweißt ist. Unterhalb des Stopfens 14 befindet sich ein Magnetanker 4, der aus einem Rund- oder Mehrkantprofil durch Kaltschlagen bzw. Fließpressen gleichfalls sehr kostengünstig hergestellt ist. Der Magnetanker 4 verschließt unter Wirkung einer Schließfeder 16 in der Ventilgrundstellung mit dem am Magnetanker 4 angebrachten ersten Ventilschließkörper 7 einen ersten, in einem zweiten Ventilschließkörper 8 angeordneten ersten Ventildurchgang 5. Der zweite Ventilschließkörper 8 ist in der Hülse 9, die unterhalb des zweiten Ventilschließkörpers 8 einen Ventilsitzkörper 10 hält, durch den ein zweiter Ventildurchgang 6 verläuft.
Hierzu ist der erste Ventilschließkörper 7 zweckmäßigerweise als eine Ventilkugel 11 in einer Vertiefung in einer Stirnfläche eines Sockels 20 an der Stirnseite des Magnetankers 4 verstemmt. Der zweite Ventilschließkörper 8 ist als Hohlzylinder ausgeführt. Unter der Wirkung einer Ventilfeder 17 wird er in Schließrichtung auf einen zweiten Ventildurchgang 6 belastet.
Infolge der Wirkung der zwischen dem Stopfen 14 und dem Magnetanker 4 angeordneten Schließfeder 16 verharrt – in der abbildungsgemäßen Ventilgrundstellung – die als Ventilverschluss wirksame Ventilkugel 11 an dem im unteren Ende des Ventils vorgesehenen zweiten Ventildurchganges 6, dessen Durchgangquerschnitt erheblich größer ist als der Öffnungsquerschnitt des ersten Ventildurchganges 5.
Der im Wesentlichen als Querkanal im Ventilträger ausgebildete Druckmitteleinlass 13 setzt sich über einen Hohlraum im Ventilträger zu einer gestanzten Querbohrung 18 in der Hülse 9 fort, so dass einlassseitiges Druckmittel unmittelbar am zweiten Ventilschließkörper 8 ansteht.
Der zweite Ventildurchgang 6 ist zur mechanischen Entlastung des Ventilgehäuses 1 in einem scheiben- oder hülsenförmigen Ventilsitzkörper 10 vorgesehen, der an der Innenwand der Hülse 9 mittels Presssitz gehalten ist. Der Ventilsitzkörper 10 besteht aus einem verschleißfesten Metall.
Im Gegensatz zu der Ausführung im Stand der Technik ist die Ventilfeder 17 nicht als Druckfeder ausgebildet, sondern als Zugfeder.
Dazu besitzt der Magnetanker 4 einen zentralen Fortsatz in Form eines Sockels 20, an dessen freien Ende die Ventilkugel 11 in eine Vertiefung eingepresst ist. Der Sockel 20 läuft dazu ein wenig konisch zu, besitzt aber einen zylindrischen Fuß.
Der zweite Ventilschließkörper 8 besitzt auf seinem dem Magnetanker 4 zugewandten Ende ebenfalls einen Sockel 23, der eine zylindrische Mantelfläche besitzt, durch dessen Zentrum der erste Ventildurchgang 5 verläuft.
Die Stirnseite des Sockels 23 ist ein wenig konisch nach innen gezogen und bildet dadurch einen Ventilsitz 24, der von der Ventilkugel 11 belegt werden kann, um so den ersten Ventildurchgang 5 zu sperren.
Die Ventilfeder 17 ist als Zylinderfeder ausgeführt und besitzt einen Innendurchmesser, der etwas kleiner ist als die Durchmesser der beiden Sockel 20, 23, so dass ihre Enden auf diese aufgepresst werden können, wodurch ein Reibschluss entsteht, der eine feste Verbindung der Ventilfeder 17 zwischen dem Magnetanker 4 und dem zweiten Ventilschließkörper 8 realisiert.
Die Ventilfeder 17 besitzt eine gewisse Vorspannung, so dass die Ventilkugel 11 mit einem leichten Druck auf den Ventilsitz 24 aufgesetzt ist und diesen geschlossen hält.
Mit Öffnen des Ventils wird der Magnetanker 4 magnetisiert und gegen die Kraft einer Schließfeder 16 gegen den Magnetkern (Stopfen 14) gezogen. Da der zweite Ventilschließkörper 8 vom Druck am Eingang des Ventils in Schließrichtung belastet ist, reicht die Vorspannung der Ventilfeder nicht aus, diesen dabei mitzunehmen. Vielmehr verbleibt der zweite Ventilschließkörper 8 an seinem Ventilsitz am zweiten Ventildurchgang 6.
Nun kann Druckmittel vom Druckmitteleinlass 13 zum Druckmittelauslass 19 unterhalb des zweiten Ventildurchganges 6 über den ersten Ventildurchgang 5, der einen kleinen Querschnitt aufweist, fließen. Da dieser aber einen hydraulischen Widerstand darstellt, erfolgt der Druckausgleich nur langsam.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird aber ein Druck am Druckmittelauslass 19 vorliegen, der den Druck am Druckmitteleinlass ausgleicht, so dass die Gesamtdruckkraft auf den zweiten Ventilschließkörper 8 verringert wird und damit die Ventilfeder 17 in die Lage versetzt wird, den zweiten Ventilschließkörper 8 gegen den ersten Ventilschließkörper 7 zu ziehen. Dabei wird zwar der erste Ventildurchgang 5 geschlossen, aber gleichzeitig der zweite Ventildurchgang 6 geöffnet, so dass in der zweiten Phase des Druckmittelausgleiches ein großer Querschnitt zur Verfügung steht, der einen raschen Druckausgleich befördert.
Bezugszeichenliste

1: Ventilgehäuse
2: Haltekragen
4: Magnetanker
5: erster Ventildurchgang
6: zweiter Ventildurchgang
7: erster Ventilschließkörper
8: zweiter Ventilschließkörper
9: Hülse
10: Ventilsitzkörper
11: Ventilkugel
13: Druckmitteleinlass
14: Stopfen
16: Schließfeder
17: Ventilfeder
18: Querbohrung
19: Druckmittelauslass
20: Sockel
23: Sockel
24: Ventilsitz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10252231 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem Ventilgehäuse (1), in dem sich ein erster und ein zweiter Ventilschließkörper (7, 8) in koaxialer Anordnung befinden, die einen ersten und einen zweiten Ventildurchgang (5, 6) zu öffnen oder zu verschließen vermögen, wobei der erste Ventildurchgang (5) einen kleineren Querschnitt aufweist als der zweite Ventildurchgang (6), mit einem in das Ventilgehäuse (1) einmündenden Druckmitteleinlass (13) und einem Druckmittelauslass (19), wobei der erste Ventilschließkörper (7) abhängig von der elektromagnetischen Erregung einer Ventilspule den im zweiten Ventilschließkörper (8) gelegenen ersten Ventildurchgang (5) zu öffnen oder zu verschließen vermag und wobei der zweite Ventilschließkörper (8) unter dem Einfluss einer Ventilfeder (17) ausschließlich in der Offenstellung des ersten Ventildurchganges (5) den zweiten Ventildurchgang (6) freigibt, so dass ein im Druckmitteleinlass (13) anstehendes Druckmittel entlang einem Strömungsweg innerhalb des Ventilgehäuses (1), in dem sich der erste als auch zweite Ventildurchgang (5, 6) befindet, zum Druckmittelauslass (19) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (17) zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilschließkörper (7, 8) angeordnet und an diesen derart angebracht ist, dass eine auf Zug belastete Verbindung zwischen den Ventilschließkörpern (7, 8) hergestellt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (17) einen Minimalhub und einen Maximalhub aufweist, wobei der Minimalhub vorliegt, wenn der erste Ventilschließkörper (7) am ersten Ventildurchgang (5) anliegt, und der Maximalhub vorliegt, wenn der erste Ventilschließkörper (7) vom zweiten Ventilschließkörper (8) beabstandet ist und der zweite Ventilschließkörper (8) am zweiten Ventildurchgang (6) anliegt, und dass die Federeigenschaft der Ventilfeder (17) so eingerichtet ist, dass die Federkraft im Maximalhub kleiner ist als eine vorgegebene Haltekraft, die sich aus dem auf die Querschnittdifferenz des zweiten und ersten Ventildurchganges (5, 6) bezogenen Druckdifferenzwert am zweiten Ventilschließkörpers (8) bestimmt, bei dem dieser sich in einer Position befindet, bei der der zweite Ventildurchgang (6) noch geschlossen ist aber noch kein Druckausgleich zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck stattgefunden hat, aber größer ist als eine Lösekraft, die sich aus dem auf die Querschnittdifferenz des zweiten und ersten Ventildurchganges (5, 6) bezogenen Druckdifferenzwert am zweiten Ventilschließkörper (8) bestimmt, bei dem dieser sich in einer Position befindet, bei der der zweite Ventildurchgang (6) noch geschlossen ist aber wegen des geöffneten ersten Ventildurchganges (5) schon wenigstens ein teilweiser Druckausgleich zwischen dem Eingangsdruck und dem Ausgangsdruck stattgefunden hat.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (4) an seiner dem zweiten Ventilschließkörper (8) zugewandeten Seite einen ersten Sockel (20) und die dem Sockel gegenüberliegende Stirnseite des zweiten Ventilschließkörpers einen zweiten Sockel (23) aufweist, wobei die Ventilfeder (17) mit ihren Enden jeweils an einem der Sockel (20, 23) befestigt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (17) eine Zylinderfeder ist, dass die Sockel (20, 23) jeweils eine zylindrische Form haben und die Enden der Ventilfeder (17) auf die Sockel (20, 23) aufgesteckt sind.
Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Ventilfeder (17) etwas kleiner ist als die Außendurchmesser der Sockel (20, 23), so dass die Innenseite der Ventilfeder (17) reibschlüssig an der Mantelfläche der Sockel (20, 23) gehalten ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibschluss eine größere Befestigungskraft vermittelt, als es die Lösekraft ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilschließkörper (8) als Drehteil aus Automatenstahl hergestellt ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (1) einteilig ausgeführt ist, dessen vom zweiten Ventildurchgang (6) abgewandtes offenes Hülsenende von einem als Magnetkern wirksamen Stopfen (14) verschlossen ist, der als Kaltschlag- bzw. Fließpressteil ausgebildet ist.