DE2822142C2 - Magnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetventil, bei dem der Elektromagnet in einem Raum untergebracht ist, der nicht vom Druck des zu steuernden Druckmittels beaufschlagt ist, bei dem der Anker des Elektromagneten mit dem Verschlußteil des zwischen einer Druckquelle und einem Verbraucher eingeschalteten Ventils über einen Stößel in Verbindung steht und bei dem eine stößel- und gehäuseseitig befestigte Membran den Antriebsraum von dem vom Druckmittel beaufschlagten Bereich trennt

Bei bekannten Magnetventilen dieser Art (US-PS 28 26 215, FR-PS 13 02 616) mit einem »trockenen Magnetkreis« und Betätigung des Verschlußteils durch einen Stößel, der zwischen dem Anker und dem Verschlußteil angeordnet ist, wird der Stößel von einer Membran umgriffen, an der jedoch Dicht- und Haltbarkeitsprobleme auftreten, da sie von dem vollen zu steuernden Druck des Mediums beaufschlagt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil der obengenannten Art zu entwickeln, bei dem mit möglichst klein gehaltenem Aufwand Dichtprobleme vermieden werden und ein mehrjähriger Betrieb und geringe Verstellkräfte gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stößel eine Wand zwischen einem mit einer Quelle relativ hohen Drucks verbindbaren Hochdruckraum und einem mit einem mit relativ niedrigem Druck beaufschlagten Niederdruckraum verbundenen und zwischen dem Hochdruckraum und dem Elektromagneten liegenden Zwischendruckraum durchsetzt, wobei die Durchtrittsöffnung so bemessen ist, daß zwar ein Leckstrom vom Hochdruckraum zum Niederdruckraüm entlang des Stößels möglich ist, jedoch der Druckabfall an der Durchtrittsöffnung zwischen dem Hochdruckraum und dem Zwischendruckraum den weitaus größten Teil der Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckraum und dem Niederdruckraum ausmacht, und daß das von dem Stößel zu betätigende Verschlußteil in der einen Ventilstellung einen Druckmittelfluß von der Quelle relativ hohen Drucks zum Zwischendruckraum unterbricht. Hierdurch werden an der Membran nur geringe Drücke wirksam.

Die Verwendung eines trockenen Magnetkreises bringt den Vorteil mit sich, daß der Konstrukteur hinsichtlich dessen Form, Herstellungsverfahren und Material freier ist; der Magnetkreis muß nicht dicht geschweißt oder gelötet werden. Auch läßt sich bei einem trockenen Magnetkreis die Ventilbewegung durch Zuordnung von Meßwertgebern zu den beweglichen Teilen leichter erfassen, was zur Funktionsprüfung des Ventils jedoch von Interesse sein kann. Darüber hinaus kann die Tatzeit des Ventils z. B. vom Anlegen der Spannung bis zur Bewegung des Ankers elektronisch ausgewertet und für Regelungsvorgänge genutzt werden. Bei dieser getrennten Bauweise kann der Raum des von dem Druckmittel durchsetzten Bereichs sehr viel kleiner sein; kleinere Druckräume bedeuten jedoch auch kleinere vom Ventilgehäuse aufzunehmende Druckkräfte.

Die Anwendung der Erfindung setzt einerseits eine Quelle relativ hohen Drucks voraus, wobei das Ventil den Druckmittelfluß zu einem Verbraucher steuern soll, aber andererseits auch einen Niederdruckraum. Solche Verhältnisse sind z. B. bei Antiblockierregelanlagen für Fahrzeuge gegeben, bei denen einerseits eine Bremsdruckquelle vorhanden ist, andererseits mittels Ventilen aber auch ein Ablassen von Bremsdruckflüssigkeit aus den Radbremszylindern in ein Reservoir relativ niedrigen Drucks notwendig ist. Ist die Bremsdruckquelle eine Pumpe mit nachgeschaltetem Bremssteuerventil (fullpower), so ist der Niederdruckraum das Bremsflüssigkeitsreservoir mit dem Druck 0, während bei Verwendung eines Hauptbremszylinders als Druckquelle

das abgelassene Druckmittel in eine Speicherkammer abgelassen wird, die unter geringem Druck steht und deren Inhalt in den Hauptdruckkreis rückbefördert werden muß. Andere Systeme mit ähnlichen Verhältnissen sind denkbar.

Die Erfindung ist auch bei Verwendung von Gas als Druckmittel anwendbar, jedoch hauptsächlich zur Anwendung in Hydrauliksystemen gedacht Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind denkbar. So ist es möglich, das zur Unterbrechung des Druckmittelflusses zum Zwischendruckraum verwendete Verschlußtei; auch als VerscWußteil für das eigentliche Ventil zu nutzen, das zwischen der Druckquelle und dem Verbraucher angeordnet ist Ein solches Ventil kann als 2/2-Ventil ausgebildet sein, also in seinen beiden Stellungen seine zwei Anschlüsse miteinander verbinden bzw. trennen, aber auch als 3/2-Ventil; hier ist ein dritter Ventilanschluß vorgesehen, und das Verschlußteil verbindet in seinen beiden Stellungen einmal die Druckquelle mit dem Verbraucher und zum andern den Verbraucher über den dritten Anschluß mit dem Niederdruckraum.

Hierbei sind zwei Lösungen denkbar. Bei der einen Lösung mündet die Durchtrittsöffnung für den Stößel vom Zwischendruckraum im Bereich dieses Anschlusses stromab vom zugehörigen Ventilsitz ein. Hier übernimmt das Verschlußteil in seiner einen Stellung, in der es die Verbindung vom Verbraucher zum Niederdruckraum verschließt, auch die Unterbrechung des Druckmittelflusses zum Zwischendruckraum.

Bei der anderen möglichen Lösung wird die dann entsprechend bemessene Durchtrittsöffnung als dritter Anschluß benutzt, über die der Verbraucher über den Zwischendruckraum mit dem Niederdruckraum verbunden werden kann. Auch hier hat in einer der Stellungen das Verschlußteil Doppelfunktion.

Man kann das eigentliche Ventilverschlußteil auch als Schieber ausbilden, muß dann aber ein getrenntes Verschlußteil zur Unterbrechung des Leckflusses zum Zwischendruckraum vorsehen.

Dort wo das Verschlußteil in der Ruhestellung des Magnetventils den Durchfluß zum Zwischendruckraum unterbindet, wird vorzugsweise eine auf das Verschlußteil wirkende Feder vorgesehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines 2/2-Ventils unter Verwendung der Erfindung,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel eines 3/2-Ventils unter Verwendung der Erfindung,

Fig.3 und 4 andere Ausführungsbeispiele eines 3/2-Ventils unter Verwendung der Erfindung,

F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel mit einem Schieberventil unter Verwendung der Erfindung,

Fig.6 Ausbildungsmöglichkeiten der beweglichen Wand unter Verwendung der Erfindung,

F i g. 7 ein Ausführungsbeispiel mit einem Zwischenspeicher.

In F i g. 1 ist eine Druckquelle, z. B. ein Hauptbremszylinder mit 1, ein Verbraucher, z. B. ein Radbremszyiinder mit 2 und ein Niederdruckraum, z. B. eine Speicherkammer mit 3 bezeichnet. In die Leitung zwischen dem Hauptbremszylinder 1 und dem Radbremszylinder 2 ist ein Magnetventil 5/10 eingeschaltet, das hier als Einlaßventil benutzt wird und im erregten Zustand die Leitung vom Hauptbremszylinder 1 zum Radbremszylinder sperrt. Dann kann mittels des Auslaßventils 7 Bremsflüssigkeit aus dem Leitungsabschnitt zwischen Ventil 10 und Radbremszylinder 2 in die Speicherkammer 3 abgelassen werden. Von der Rückfördereinrichtung 4, z. B. einer Pumpe, wird das ausgelassene Druckmittel wieder in den Hauptkreis rückbeförderL

Das Magnetventil 5/10 besteht aus dem Ventilteil 10 mit dem als Kugel ausgebildeten Verschlußteil 11 samt Kugelhaiter 12 und der Feder 13, die das Verschlußteil in der gezeichneten Lage hält und dem Elektromagneten 5, gebildet aus dem Anker 6, den Hochteilen 8a, der Wicklung 8 und dem Stößel 19. Der Elektromagnet 5 ist außerhalb der Druckräume des Ventils angeordnet Betätigt wird das Ventil 10 durch Übertragen der Bewe gung des Ankers 6 und damit des Stößels 19 auf das Verschlußteil 11 durch die Wand 14 hindurch, wofür ein Hilfsstößel 15 vorgesehen ist Die Durchtrittsöffnung für den Hilfsstößel 15 ist so bemessen, daß ein Leckstrom entlang dem Hilfsstößel 15 vom Hochdruckraum 16 (Raum relativ hohen Drucks) zum Zwischendruckraum 17 möglich ist Der Zwischendruckraum 17 ist nach außen durch eine am Stößel 19 und dem Ventilgehäuse befestigte Membran 18 abgedichtet.

Beim Bremsen steht im Hochdruckraum 16 und an den Bremsen ein hoher Druck an, der jedoch, da das Verschlußteil 11 die Durchtrittsöffnung für den Hilfsstößel 15 durch die Wand 14 abdichtet, keinen Leckstrom entlang des Hilfsstößels zur Folge hat Nur wenn es zur Bremsdruckregelung kommt und damit das Ventil 10 (relativ kurzzeitig) umgeschaltet hat, kommt es aufgrund des höheren Drucks im Hochdruckraum 16 zu einem Leckstrom entlang des Hilfsstößels 15 in den Zwischendruckraum 17 und von dort weiter zur als Niederdruckraum dienenden Speicherkammer 3. Der Druckunterschied zwischen dem Zwischendruckraum und dem Niederdruckraum ist gering. Aufgrund dieser Ausbildung ist das Dichtungsproblem für die Durchführung der Stößel 19/15 völlig unkritisch: Einerseits gibt es keine Probleme wegen einer notwendigen Abdichrung der Durchführung des Hilfsstößels 15, da ja ein Leckstrom zugelassen wird, andererseits ist die Ausbildung der Membran 18 völlig problemlos, weil sie nur kleinen Druckdifferenzen ausgesetzt ist.

In der F i g. 1 ist noch gestrichelt angedeutet, daß sich — bei Ausbildung der Druckquelle 1 als Pumpe mit nachgeschaltetem Bremsdrucksteuerventil — die vom Auslaßventil 7 und aus dem Zwischendruckraum 17 kommende Bremsflüssigkeit in einen Vorratsbehälter 9 ergießen kann. Hier weist der Niederdruckraum dann den Überdruck 0 auf. Bei dieser Ausbildung entfallen die Speicherkammer 3 und die Rückbefördereinrichtung 4.

Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 2 ist nur das Ventilteil 20 dargestellt, wobei dieses nur als 3/2-Ventil ausgebildet ist. Die Teile 21 bis 29 der F i g. 2 entsprechen den Teilen 11 bis 19 der F i g. 1. Unterschiedlich ist hier nur, daß die Durchtrittsöffnung für den Hilfsstößel 25 etwas größer bemessen ist, d. h. bewußt ein größerer Leckstrom zugelassen wird. Die Durchtrittsöffnungen für diesen Leckstrom einerseits entlang des Hilfsstößels 25 und andererseits von dem Zwischendruckraum zum Niederdruckraum sind dabei so gewählt, daß nahezu die gesamte Druckdifferenz (z. B. 99%) zwischen dem Hochdruckraum 26 und dem Niederdruckraum an der Durchtrittsöffnung entlang des Hilfsstößels 25 abfällt. Auch hier ist die Membran 28 keinem hohen Druck ausgesetzt und Dichtungsprobleme an der Durchtrittsöffnung gibt es nicht. Der Weg durch die Durchtrittsöffnung und dann von dem Zwischendruckraum zum Niederdruckraum ersetzt hier das Auslaßventil 7 der F i g. 1, über das Druckmittel bei geschaltetem Ventil abgelas-

sen wird.

In Fig. 3 ist wie in Fig. 2 ein 3/2-Ventil dargestellt, bei dem allerdings ein getrennter Auslaßkanal vorgesehen ist. Für den durch die Wand 34 durchgeführten Hilfsstößel 35 und seine Durchtrittsöffnung gelten die Bemessungsvorschriften der Fig. 1,d. h. es wird entlang des Hilfsstößels 35 nur ein kleiner Leckstrom zugelassen. Der Hilfsstößel 35 endet hier in einer in der Wand 34 gelegenen Verbindung 34a zu dem Niederdruckraum 3, über die bei Ventilerregung Druck abgebaut werden kann. Die Einmündung des Auslasses 37a in diese Verbindung ist so, daß der Srrömungswiderstand von der Verbindung 34a in den Zwischendruckraum 37 deutlich größer als zum Niederdruckraum 3 ist. Damit gibt es — wie auch bei den anderen Ausführungsbeispielen — auch hier keine Dichtungsprobleme.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist im gezeichneten Ruhezustand des Elektromagneren 30 die Verbindung zwischen der Druckquelle und dem Verbraucher geschlossen und der Druck am Verbraucher über die Durchtrittsöffnung für den Hilfsstößel 45 durch die Wand 44 und die Verbindung des Zwischendruckraums 47 mit dem Niederdruckraum 47a abgebaut. Es gelten für die Bemessung der Öffnungen die Verhältnisse des Ausführungsbeispiels der Fig. 2. Nach Abbau des Drucks am Verbraucher fließt auch hier kein Leckstrom mehr. Dies gilt auch nach dem Umschalten des Ventils, da dann die Kugel 41 die Durchtrittsöffnung entlang des Hüfsstößels 45 abdichtet.

In Fig. 5 ist ein 2/2-SchieberventiI gezeigt, dessen Schiebekolben 50 über den Stößel 59 und den Hilfsstößel 55 bzw. die Feder 53 verschoben wird und dabei in der einen Stellung den Einlaß 56a mit dem Auslaß 52 verbindet bzw. in der anderen Stellung diese Verbindung sperrt. Der Schiebekolben ist hier nicht dicht gelagert, so daß im Hochdruckraum 56 etwa der gleiche Druck wie am Einlaß 56a liegt. Die Durchführung des Hilfsstößels 55 durch die Wand 54 ist entsprechend den F i g. 1 und 3 ausgeführt, d. h. ein kleiner Leckstrom wird zugelassen, wenn das Ventil erregt ist und das Verschlußteil 51 abgehoben hat. Damit fließt auch hier im Ruhezustand des Ventils kein Leckstrom, im geschalteten Zustand des Ventils ein kleiner Leckstrom, der jedoch keinen wesentlichen Druckaufbau im Zwischendruckraum 57 erlaubt und damit die Membran 58 nicht belastet.
In F i g. 6 sind zwei Ausführungsbeispiele für die Ausbildung der Membran gezeigt, wobei oben eine zwischen Stößel 69 und Gehäuse eingepreßte Metallmembran 68a und unten eine Metallmembran 686 mit zusätzlichen Dichtungskörpern 70 angedeutet ist.

In F i g. 7 ist wie in F i g. 1 ein Rückförderkreis für die ausgelassene Flüssigkeit und den Leckstrom vorgesehen, der aus der Speicherkammer 3 und der Pumpe 4 besteht, die die Flüssigkeit über das Rückschlagventil 4a in den Hauptkreis rückfördert. Sollte der Druck der Speicherkammer 3 für die Membran 78 zu hoch sein, so kann man eine Hilfsspeicherkammer 80 mit einer weichen Membran 81 vorsehen, die den Leckstrom zeitweise aufnimmt. Ist die Speicherkammer 3 entleert, so wird die in der Hilfsspeicherkammer aufgenommene Flüssigkeitsrnenge über das Rückschlagventil 82 in die Speicherkammer 3 gedruckt. Gegebenenfalls kann auch die Membran 78 nachgiebig sein, so daß der Zwischendruckraum 77 selbst als Hilfsspeicherkammer dient.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Magnetventil, bei dem der Elektromagnet in einem Raum untergebracht ist, der nicht vom Druck des zu steuernden Druckmittels beaufschlagt ist, bni dem der Anker des Elektromagneten mit dem Verschlußteil des zwischen einer Druckquelle und einem Verbraucher eingeschalteten Ventils über einen Stößel in Verbindung steht und bei dem eine stößel- und gehäuseseitig befestigte Membran den Antriebsraum von dem vom Druckmittel beaufschlagten Bereich trennt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (19,15; 29,25; 35; 45; 59,55; 69,65) eine Wand (14; 24; 34; 44; 54; 64) zwischen einem mit einer Quelle relativ hohen Drucks verbindbaren Hochdruckraum (16, 26, 56%) und einem mit einem mit relativ niedrigem Druck beaufschlagten Niederdruckraum (3) verbundenen und zwischen dem Hochdruckraum und dem Elektromagneten liegenden Zwischendruckraum (17; 27; 37; 47; 57; 77) durchsetzt, wobei die Durchtrittsöffnung so bemessen ist, daß zwar ein Leckstrom vom Hochdruckraum zum Niederdruckraum entlang des Stößels möglich ist, jedoch der Druckabfall an der Durchtrittsöffnung zwischen dem Hochdnickraum und dem Zwischendruckraum den weitaus größten Teil der Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckraum und dem Niederdruckraum ausmacht, und daß das von dem Stößel zu betätigende Verschlußteil (11; 21; 41; 51) in der einen Ventilstellung einen Druckmittelfluß von der Quelle relativ hohen Drucks zum Zwischendruckraum unteroricht.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Druckmittelfluß von der Quelle (1) relativ hohen Drucks zum Zwischendruckraum in der einen Ventilstellung unterbrechende Verschlußteil (11; 21; 41) gleichzeitig als Verschlußteil des zwischen der Quelle (1) und dem Verbraucher (2) liegenden Ventils dient.

3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil einen weiteren mit dem Niederdruckraum (3) verbundenen Anschluß (34a) aufweist, wobei das Verschlußteil alternativ die Verbindung von der Druckquelle zum Verbraucher und vom Verbraucher zum Niederdruckraum (3) freigibt und daß die Durchtrittsöffnung (37a^ vom Zwischendruckraum (37) zum Hochdruckraum im Bereich dieses weiteren Anschlusses stromab von dem zugehörigen Ventilsitz einmündet (F i g. 3).

4. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil für das Ventil ein von dem Stößel (55, 59) bewegter Schieber (50) ist, der zusammen mit dem Verschlußteil (51) für die Durchtrittsöffnung betätigt wird (F i g. 5).

5. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (13,23,53) das Verschlußteil bei nicht betätigtem Elektromagneten auf den der Durchtrittsöffnung des Stößels zugeordneten Ventilsitz drückt.