DE102005037193A1

DE102005037193A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE102005037193A1
Application number: DE102005037193A
Authority: DE
Inventors: Joachim Bohn
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-08-06
Publication date: 2006-09-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil mit einem scheibenförmigen Magnetanker, das als 3/3-Wegeventil ausgeführt ist, wozu in diametraler Anordnung zum Ventilschließglied (14) ein weiteres Ventilschließglied (6) mit dem scheibenförmigen Magnetanker (3) verbunden ist, wobei das weitere Ventilschließglied (6) auf einen Ventilsitz (11) gerichtet ist, der in einem den Magnetkern (5) durchdringenden Kanal (9) angeordnet ist, durch den der zweite Druckanschluss (10) mit einem dritten Druckanschluss (15) verbindbar ist. Hierdurch ist ein besonders kompaktes 3/3-Wegeventil geschaffen, das sowohl bezüglich des Durchmessers als auch bezüglich der Bauhöhe besonders klein baut.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US 6,848,669 B2 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 in einem Magnetkern vorgesehen, die bei elektrischer Bestromung ein Magnetfeld erzeugt, dessen Kraftlinien zur Erzeugung einer möglichst großen Magnetkraft über einen Axialluftspalt in den Magnetanker axial ein- als auch wieder in Richtung des Magnetkerns axial austreten. Zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses ist der Magnetkern unterhalb der Ventilspule unterbrochen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen Mitteln hinsichtlich seiner Funktion derart zu erweitern, dass es die Funktion eines elektromagnetisch stromlos geschlossenen als auch elektromagnetisch stromlos geöffneten 2/2-Wegeventils kompakt bauend vereinigen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen im folgenden aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.
Die 1 zeigt ein im Längsschnitt abgebildetes, erfindungsgemäß als 3/3-Wege-Sitzventil ausgeführtes Elektromagnetventil in Flachankerbauweise, das ein patronenförmiges, zweiteilig ausgeführtes Ventilgehäuse aufweist, bestehend aus einem Magnetkern 5 und einem am Magnetkern 5 befestigten Gehäusetopf 7, in dem ein ringscheibenförmiger Magnetanker 3 angeordnet ist, der zwei in Stößelbauweise ausgeführte Ventilschließglieder 6, 14 aufnimmt, die auf diametral im Gehäusetopf 7 und im Magnetkern 5 angeordnete Ventilsitze 8 gerichtet sind. Zur Betätigung des Magnetankers 3 ist im Magnetkern 5 eine Magnetspule 1 platzsparend integriert. Radial innenliegend wie auch radial außenliegend zur Magnetspule 1 befindet sich der den Magnetfluss leitende Teil des Magnetkerns 5, wobei zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses der ferromagnetisch leitende Teil des Magnetkerns 5 unterhalb der Magnetspule 1 durch einen den Magnetfluss nicht leitenden Abschnitt (Ringöffnung 19) unterbrochen ist.
Zwischen dem magnetisch leitenden Teil sowie dem magnetisch nicht leitenden Abschnitt des Magnetkerns 5 und dem Magnetanker 3 befindet sich ein Axialluftspalt 2, wodurch bei stromdurchflossener Magnetspule 1 über diesen Axialluftspalt 2 der Magnetanker 3 einem axialen Ein- und Austritt von Magnetfeldlinien 4 in der abgebildeten Weise ausgesetzt ist.
Zur Erzielung des für die Funktion des Elektromagnetventils besonders vorteilhaften axialen Ein- und Austritts von Magnetfeldlinien 4 in bzw. aus den Magnetanker 3, überdeckt eine der Magnetspule 1 zugewandte Stirnfläche des Magnetankers 3 einen den Außenumfang der Magnetspule 1 umschließenden, den Magnetfluss leitenden Teil des Magnetkerns 5, weshalb der Außendurchmesser des Magnetankers 3 größer gewählt ist wie der Außendurchmesser der Magnetspule 1. Die Magnetspule 1 ist beispielhaft von unten in die an die Baugröße der Magnetspule 1 angepasste Ringöffnung 19 des Magnetkerns 5 eingefügt, die den nicht magnetischen Teil des Magnetkerns 5 darstellt und die in Radialrichtung beiderseits vom magnetisch leitenden Teil des Magnetkerns 5 begrenzt ist.
Der den Magnetfluss leitende und nicht leitende Teil ist somit sehr einfach innerhalb des einteiligen Magnetkerns 5 ausgebildet, in dem die Magnetspule 1 integriert ist.
Als maßgeblicher Beitrag zum Aufbau einer besonders leistungsfähigen Ventilbaugruppe, sieht die Erfindung vor, dass das Elektromagnetventil als 3/3-Wegeventil ausgeführt ist, wozu in diametraler Anordnung zum Ventilschließglied 14 das weitere Ventilschließglied 6 mit dem Magnetanker 3 verbunden ist. Das weitere Ventilschließglied 6 ist auf den Ventilsitz 11 gerichtet, der in einem den Magnetkern 5 durchdringenden Kanal 9 angeordnet ist, durch den der zweite Druckanschluss 10 mit einem dritten Druckanschluss 15 verbindbar ist. Der Kanal 9 führt auf baulich besonders einfache Weise durch den Axialluftspalt 2 zum zweiten Druckanschluss 10, der mit einem Drucknehmer, vorzugsweise der Radbremse einer schlupfgeregelten Kfz-Bremsanlage verbindbar ist. Auf der vom Magnetanker 3 abgewandten Stirnseite der Magnetspule 1 ist der Kanal 9 mit dem dritten Druckanschluss 15 verbunden, der mit einem Druckgeber, vorzugsweise dem Hauptbremszylinder einer schlupfgeregelten Kfz-Bremsanlage verbindbar ist.
Der zweite Druckanschluss 10 ist über das vom Magnetkern 5 abgewandte Ventilschließglied 14 mit dem ersten Druckanschluss 16 verbindbar, welcher in dem nicht magnetischen, den Ventilsitz 8 für das Ventilschließglied 14 aufweisenden Gehäusetopf 7 einmündet.
Beide Ventilschließglieder 6, 14 sind koaxial zueinander auf der Ventillängsachse ausgerichtet sowie relativ beweglich zueinander mit dem Magnetanker 3 verbunden, wozu eine Feder 17 zwischen beiden Ventilschließgliedern 6, 14 in einem Führungsrohr 18 angeordnet ist, aus dessen beiden Enden die beiden Ventilschließglieder 6, 14 in Richtung auf die Ventilsitze 8, 11 hervorstehen. Das zweiteilige Führungsrohr 18 ist in einer Durchgangsbohrung des Magnetanker 3 verstemmt.
Um ein sogenanntes Kleben des weiteren Ventilschließgliedes 6 am Ventilsitz 11 nach Abschluss der elektromagnetischer Erregung zu verhindern, besteht das Ventilschließglied 6 und der Ventilsitz 11 aus einem nicht magnetischen, insbesondere austenitischem Werkstoff.
Der Magnetkern 5 bildet mit der in der Ringöffnung 19 integrierten Magnetspule 3 eine eigenständig handhabbare, vorgefertigte Baueinheit, die am Boden des Magnetkerns 5 mit dem nicht magnetischen Gehäusetopf 7 druckmitteldicht verbunden ist, in dem der Magnetanker 3 mit den beiden Ventilschließgliedern 14, 6 axial bewegbar angeordnet ist.
Der Magnetanker 3 ist zur Einhaltung einer möglichst geringen Bauhöhe als Ringscheibe ausgeführt, um eine möglichst geringe Ventilbauhöhe bei bester Magnetkraftausnutzung realisieren zu können. Zur Verringerung des hydraulischen Widerstands ist die Ringscheibe mit mehreren über der Magnet ankerfläche symmetrisch zur Ventillängsachse verteilten Durchgangsöffnungen 13 und/oder bei Bedarf auch am Außenumfang mit symmetrisch verteilten Ausnehmungen versehen. Der Magnetanker 3 als auch die Durchgangsöffnungen 13 und ggf. auch die Ausnehmungen sind durch Stanzen des Magnetankers 3 besonders rationell hergestellt.
Der Magnetkern 5 besteht aus einem bevorzugt durch Kaltschlagen oder Fließpressen oder ggf. auch durch Zerspanen von Automatenstahl hergestelltes Zylinderteil, das die an sich bisher aus dem Stand der Technik bekannte zerklüftete Anordnung der Ventileinzelteile nunmehr als im Magnetkern 5 integrierte Teile äußerst kompakt vereinigt.
Damit der Magnetkern 5 die Funktion eines eine Ventilaufnahmebohrung in einem Gehäuse abdichtenden Verschlussstopfens auf verblüffend einfache Weise übernehmen kann, ist der Magnetkern 5 aus einem gegenüber dem Material des Gehäuses härteren Werkstoff hergestellt, der am Außenumfang eine Stufe mit einer Ausnehmung 12 aufweist, in die beim Einpressen des Magnetkerns 5 in die Ventilaufnahmebohrung 16 das weichere Material des Gehäuses 11 verdrängt wird.
Der den Magnetfluss nicht leitende, vorzugsweise austenitische Gehäusetopf 7 besteht aus einem durch Tiefziehen besonders kostengünstig und präzise hergestellten Hülsenteil, dessen Hülsenrand an dem den Magnetfluss leitenden Abschnitt des Magnetkerns 5 druckmitteldicht, bevorzugt mittels einer Schweißverbindung befestigt ist. Der Topfboden weist eine Öffnung für den ersten Druckanschluss 16 auf.
Zwischen dem Magnetkern 5 und dem Magnetanker 3 ist eine Rückstellfeder 20 angeordnet, die im elektrisch nicht erregten Zustand der Magnetspule 1 den Magnetanker 3 um den Axialluftspalt 2 vom magnetischen Teil des Magnetkerns 5 entfernt hält, wodurch das vom Führungsrohr 18 mitgenommene weitere Ventilschließglied 6 in der Grundstellung von seinem Ventilsitz 11 abgehoben ist und das erste Ventilschließglied 14 dichtend an seinem Ventilsitz 8 verharrt. In dieser abgebildeten Ventilstellung besteht somit eine Druckmittelverbindung zwischen dem zweiten und dritten Druckmittelkanal 10, 15.
Bei teilweiser Erregung der Magnetspule 1 mit einem definierten Strom gelangt der Magnetanker 3 in eine Zwischenstellung, in der außer dem ersten Ventilschließglied 14 nunmehr auch das weitere Ventilschließglied 11 an seinem Ventilsitz 11 dichtend anliegt, so dass alle drei Druckanschlüsse 16, 10, 15 voneinander getrennt sind.
Um den ersten Druckanschluss 16 zu öffnen, erfolgt eine Vollerregung der Magnetspule 1 mit einem definierten Strom, wodurch das erste Ventilschließglied 14 über das als Mitnehmer wirksame Führungsrohr 18 von seinem Ventilsitz 8 abgehoben wird, während das weitere Ventilschließglied 6 unter Kompression der Feder 17 im Führungsrohr 18 unverändert gegen seinen Ventilsitz 11 gepresst wird. Hierdurch besteht sodann eine Druckmittelverbindung des ersten Druckanschlusses 16 mit dem zweiten Druckanschluss 10 im Gehäusetopf 7 im wesentlichen über die Durchgangsöffnungen im Magnetanker 3.
Das vorgestellte Elektromagnetventil kommt bevorzugt in einem schlupfgeregelten Kfz-Bremssystem zur Anwendung, wozu ein blockförmige Gehäuse zur Aufnahme mehrerer Elektromag netventile eine Vielzahl von Ventilaufnahmebohrungen aufweist, die in einer oder in mehreren Reihen die Elektromagnetventile mit den Magnetspulen 1 vollständig integriert aufnehmen. Hierdurch ergibt sich ein besonders kompaktes Bremsgerät, dessen blockförmiges Gehäuse aufgrund der geringen Bauhöhe des abgebildeten Elektromagnetventils besonders klein baut. Das abgebildete Elektromagnetventil erfüllt hierbei je nach elektromagnetischer Betätigung die Funktion den Bremsdruck aufzubauen, den Bremsdruck konstant zu halten oder den Bremsdruck in den Radbremsen abzubauen, wozu im Schlupfregelfall eine geeignete Steuerelektronik zum Einsatz gelangt, die bevorzugt flächig und damit äußerst kompakt unmittelbar auf der Oberseite des die Elektromagnetventile vollständig aufnehmenden Gehäuses anzuordnen ist.
Zusammenfassend ergibt sich durch die vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Merkmale ein im Durchmesser und in der Höhe besonders klein bauendes Elektromagnetventil mit einer gegenüber den bisher bekannten Ventilen erweiterten Ventilfunktion, welche die Verwendung von einem stromlos geöffneten und einem stromlos geschlossene 2/2-Wegeventil vereinigt. Da sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Elektromagnetventil infolge seiner Bauweise vollständig im Gehäuse versenken lässt, ergibt sich überdies eine hervorragende Wärmeableitung für den Magnetantrieb.
Die vollständige Integration des Elektromagnetventils im blockförmigen Gehäuse 11 erleichtert überdies die Anordnung der für die Ventilaktivierung erforderlichen Steuerelektronik, die unmittelbar auf der Oberfläche des Gehäuses 11 mit den Kontakten der Magnetspule 1 verbunden ist. Hierdurch ergibt sich eine gute Wärmeableitung für die Steuerelektronik, da das Gehäuse bevorzugt aus einer Leichtmetalllegierung gefertigt ist und als Wärmesenke wirkt.

1: Magnetspule
2: Axialluftspalt
3: Magnetanker
4: Magnetfeldlinie
5: Magnetkern
6: Ventilschließglied
7: Gehäusetopf
8: Ventilsitz
9: Kanal
10: Druckmittelanschluss
11: Ventilsitz
12: Ausnehmung
13: Durchgangsöffnung
14: Ventilschließglied
15: Druckanschluss
16: Druckanschluss
17: Feder
18: Führungsrohr
19: Ringöffnung

Claims

Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kfz-Bremsanlagen, mit einer Magnetspule zur Betätigung eines scheibenförmigen Magnetankers, der in einem Axialabstand zur Magnetspule nahe eines die Magnetspule aufnehmenden Magnetkerns angeordnet ist, mit einem bei Erregung der Magnetspule überbrückbaren Axialluftspalt, der außerhalb der Magnetspule zwischen dem Magnetkern und dem die Stirnfläche der Magnetspule überdeckenden Magnetanker vorgesehen ist, sowie mit einer Magnetankerrückstellfeder zur Positionierung eines mit dem Magnetanker verbundenen, vom Magnetkern abgewandten Ventilschließgliedes an einem oder entfernt zu einem Ventilsitz, wobei das Ventilschließglied eine hydraulische Druckmittelverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Druckmittelanschluss herzustellen vermag, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektromagnetventil als 3/3-Wegeventil ausgeführt ist, wozu in diametraler Anordnung zum Ventilschließglied (14) ein weiteres Ventilschließglied (6) mit dem Magnetanker (3) verbunden ist, wobei das weitere Ventilschließglied (6) auf einen Ventilsitz (11) gerichtet ist, der in einem den Magnetkern (5) durchdringenden Kanal (9) angeordnet ist, durch den der zweite Druckanschluss (10) mit einem dritten Druckanschluss (15) verbindbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (9) durch den Axialluftspalt (2) zum zweiten Druckanschluss (10) hindurchgeführt ist, der mit einem Drucknehmer, vorzugsweise der Radbremse einer schlupfgeregelten Kfz-Bremsanlage verbind bar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (9) auf der vom Magnetanker (3) abgewandten Stirnseite der Magnetspule (1) mit dem dritten Druckanschluss (15) verbunden ist, der mit einem Druckgeber, vorzugsweise dem Hauptbremszylinder einer schlupfgeregelten Kfz-Bremsanlage verbindbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Druckanschluss (10) über das vom Magnetkern (5) abgewandte Ventilschließglied (14) mit dem ersten Druckanschluss (16) verbindbar ist, welcher in einem nicht magnetischen, den Ventilsitz (8) für das Ventilschließglied (14) aufweisenden Gehäusetopf (7) einmündet.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Ventilschließglieder (6, 14) koaxial sowie relativ beweglich zueinander mit dem Magnetanker (3) verbunden sind, wozu vorzugsweise eine Feder (17) zwischen beiden Ventilschließgliedern (6, 14) angeordnet ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Ventilschließglieder (6, 14) mit der Feder (17) in einem Führungsrohr (18) aufgenommen sind, das am Magnetanker (3) kraftschlüssig befestigt ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (5) zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses zwischen der Magnetspule (1) und dem Magnetanker (3) eine Magnetkreisunterbrechung aufweist, die als Ringöffnung (19) im Magnetkern (5) ausgeführt ist, in welche die Magnetspule (1) eingesetzt ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Ventilsitz (11) und das weitere Ventilschließglied (6) aus einem nicht magnetischen, insbesondere austenitischem Werkstoff bestehen.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (5) mit der in der Ringöffnung (19) integrierten Magnetspule (3) eine eigenständig handhabbare, vorgefertigte Baueinheit bildet, die am Boden des Magnetkerns (5) mit dem nicht magnetischen Gehäusetopf (7) druckmitteldicht verbunden ist, in dem der Magnetanker (3) mit den beiden Ventilschließgliedern (14, 6) axial bewegbar angeordnet ist.