DE102005037964B4

DE102005037964B4 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE102005037964B4
Application number: DE102005037964.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Courth
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2025-08-12
Also published as: DE102005037964A1

Abstract

Elektromagnetventil, das in einer Ventilaufnahmebohrung eines mit mehreren Druckmittelkanälen versehenen Gehäuses einfügbar ist, mit einer Magnetspule zur Betätigung eines scheibenförmigen Magnetankers, der in einem Axialabstand zur Magnetspule zwischen einem die Magnetspule aufnehmenden Magnetkern und einem Gehäuseteil angeordnet ist, mit einem bei Erregung der Magnetspule überbrückbaren ersten Arbeitsluftspalt, der zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker vorgesehen ist, sowie mit einer Feder zur Positionierung eines mit dem Magnetanker verbundenen Ventilschließgliedes in seiner Grundstellung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der vom Magnetkern (5) abgewandten Seite des Magnetankers (3) und dem Gehäuseteil (7) ein weiterer Arbeitsluftspalt (6) vorgesehen ist, der bei Erregung der Magnetspule (1) vom Magnetfluss überbrückbar ist.

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 scheibenförmigen 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 über einen Arbeitsluftspalt in die dem Magnetkern zugewandte Stirnfläche des Magnetankers axial ein- als auch austreten.
Die vorgestellte Ventilkonstruktion erlaubt keine Magnetkreisproportionalisierung. Das Ventil ist ausschließlich binär schaltbar und somit in seiner Funktion nur beschränkt einsetzbar.
Zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses ist der Magnetkern unterhalb der Magnetspule geöffnet, so dass bei einer ungenügenden Abdichtung des Ankerraums die Magnetspule dem Arbeitsdruck ausgesetzt ist.
Auch aus der nachveröffentlichten DE 10 2005 006 228 A1 geht analog zum Elektromagnetventil gemäß US 6,848,669 B2 zur Betätigung eines Magnetankers eine in einem Magnetkern angeordnete Magnetspule hervor, wobei der Magnetanker zur verbesserten Ausnutzung der Magnetkraft bei stromdurchflossener Magnetspule im Bereich eines Axialluftspalts einem axialen Ein- und Austritt von Magnetfeldlinien ausgesetzt ist.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art derart zu verbessern, dass die vorgenannten Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen im folgenden aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand zweier Zeichnungen hervor.
Es zeigen:
1 ein Elektromagnetventil mit den erfindungswesentlichen Merkmalen im Längsschnitt,
2 eine Draufsicht auf den in 1 abgebildeten Magnetankers von unten gesehen.
Die 1 zeigt ein im Längsschnitt abgebildetes, als Proportionaldruckregelventil dargestelltes Elektromagnetventil, das ein in Patronenbauweise zweiteilig ausgeführtes Ventilgehäuse aufweist, bestehend aus einem Magnetkern 5 und einem unterhalb am Magnetkern 5 befestigten Gehäuseteil 7, welcher ein in Plattenankerbauweise ausgeführten Magnetanker 3 aufnimmt, der ein Ventilschließglied 14 in Form einer mittig am Magnetanker 3 angeschweißten Kugel aufweist, die auf einen Ventilsitz 8 im Gehäuseteil 7 gerichtet ist. 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 oder nur vernachlässigbar gering leitenden, dünnwandigen Abschnitt unterbrochen ist.
Zur Erzielung einer möglichst hohen Entmagnetisierung des Magnetkerns 5 im Bereich des dünnwandigen Abschnitts, ist der Boden der Ringöffnung 15 mit einer konzentrisch umlaufenden Schweißnaht 18 versehen. Ferner ist im dünnwandigen Abschnitt des Bodens ein austentischer Ring 24 eingelassen, der von der Schweißnaht 18 gehalten wird.
Durch die Werkstoffeigenschaften des Rings 24 und der Schweißnaht 18 ist der Magnetfluß im dünnwandigen Bodenabschnitt des Magnetkerns 5 soweit abgeschwächt, dass der zur elektromagnetischen Betätigung des Magnetankers 3 abgebildete Magnetfeldlinienverlauf kurzschlussfrei gewährleistet ist.
Als für die Erfindung bedeutendes Merkmal weist das Elektromagnetventil außer einem zwischen dem Magnetkern 5 und dem Magnetanker 3 vorgesehen ersten Arbeitsluftspalt 2 ein weiterer Arbeitsluftspalt 6 zwischen der vom Magnetkern 5 abgewandten Seite des Magnetankers 3 und dem Gehäuseteil 7 auf, der bei Erregung der Magnetspule 1 ebenso wie der erste Arbeitsluftspalt 2 vom Magnetfluss radial überbrückbar ist. Vorteilhaft ist der Magnetanker 3 durch den Magnetkern 5 innerhalb des ersten Arbeitsluftspalts 2 radial und damit axialkraftfrei geführt.
Zur radialen Führung des Magnetankers 3 weist der Magnetkern 5 mehrere gleichmäßig über die Stirnfläche des Magnetkerns 5 in Richtung des Magnetankers 3 hervorstehende Fortsätze 19 auf, die sich in mehrere gleichmäßig über die Querschnittsfläche des Magnetankers 3 verteilte Ausnehmungen 17 erstrecken. Dies ist durch 2 besonders gut erkennbar.
Das unterhalb des Magnetankers 3 angeordnete Gehäuseteil 7 ist als separat handhabbares und mit dem Magnetkern 5 fest verbundenes, magnetisches Bauteil ausgeführt, das den radialen Feldlinienübergang und damit den Feldlinienverlauf in einem zwischen dem Magnetanker 3 und dem Ringbund am Magnetkern 5 gelegenen zweiten Arbeitsluftspalt 6 bestimmt.
Zur Magnetfeldproportionalisierung ist die Wandstärke des Gehäuseteils 7 im Bereich des zweiten Arbeitsluftspalts 6 nicht konstant ausgeführt, weshalb der Rand des topfförmigen Gehäuseteils 7 zur Bildung einer sogenannten Proportionalkontur vorzugsweise eine Anfasung 23 aufweist. Bei elektromagnetischer Erregung ist somit zu Druckregelzwecken ein stetiges Eintauchen des Magnetankers 3 in das topfförmiges Gehäuseteil 7 gewährleistet, bis schließlich das Ventilschließglied 14 am Ventilsitz 8 anliegt.
Ferner ist aus 1 ersichtlich, dass die Stirnfläche des Magnetankers 3 einen den Außenumfang der Magnetspule 1 umschließenden, den Magnetfluss leitenden Teil des Magnetkerns 5 überdeckt. Die Magnetspule 1 ist vorteilhaft von oben in eine an die Baugröße der Magnetspule 1 angepasste Ringöffnung 15 des Magnetkerns 5 eingefügt, die beiderseits vom magnetisch leitenden Teil des Magnetkerns 5 begrenzt ist. Hierdurch ist die Magnetspule 1 vorteilhaft dem Hydraulikdruck nicht ausgesetzt und muss infolge der einteiligen Ausführung des magnetisch nicht leitenden mit dem leitenden Teils am Boden des Magnetkerns 5 nicht aufwendig abgedichtet werden. Man gelangt somit zu einer möglichst kompakten, leckagefreien Baugruppe für den Magnetantrieb, die sich in der Serienfertigung sehr einfach herstellen lässt.
Die Magnetspule 1 ist oberhalb der Ringöffnung 15 von einer Magnetschlussscheibe 22 verdeckt, die zur Schließung des Magnetkreises flächig am magnetisch leitenden Teil des Magnetkerns 5 anliegt.
Zur Verringerung des hydraulischen Widerstands ist der Magnetanker 3 mit mehreren über der Magnetankerfläche symmetrisch zur Ventillängsachse verteilten Durchgangsöffnungen 13 versehen. Der Magnetanker 3 als auch die Durchgangsöffnungen 13 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.
Der Magnetkern 5 ist als Patronenkörper 5 mit dem in Topfbauweise ausgeführten Gehäuseteil 7 automatengerecht in die Ventilaufnahmebohrung 16 des die Druckmittelkanäle 9, 10 aufweisenden Gehäuses 11 flüssigkeitsdicht eingesetzt.
Damit der Magnetkern 5 die Funktion eines die Ventilaufnahmebohrung 16 abdichtenden Verschlussstopfens übernehmen kann, ist der Magnetkern 5 aus einem gegenüber dem Material des Gehäuses 11 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, austenitische Gehäusetopf 7 besteht aus einem durch Tiefziehen besonders kostengünstig und präzise hergestellten Dünnblechteil, das an dem den Magnetfluss leitenden Bund des Magnetkerns 5 druckmitteldicht, bevorzugt mittels einer Schweißverbindung befestigt ist. Der Topfboden weist den Ventilsitz 8 auf, über den eine hydraulische Verbindung zum Druckmittelkanal 10 möglich ist.
Zur Einhaltung einer möglichst geringen Bauhöhe ist zwischen dem Gehäuseteil 7 und dem Magnetanker 3 als Feder 20 eine Tellerfeder angeordnet, die im elektrisch nicht erregten Zustand der Magnetspule 1 den Magnetanker 3 mit dem Ventilschließglied 14 vom Ventilsitz 8 abgehoben hält.
Das vorgestellte Elektromagnetventil kommt bevorzugt in einem schlupfgeregelten Kfz-Bremssystem zur Anwendung, wozu das nur abschnittsweise abgebildete blockförmige Gehäuse 11 zur Aufnahme mehrerer Elektromagnetventile eine Vielzahl von Ventilaufnahmebohrungen 16 aufweist, die in einer oder in mehreren Reihen die Elektromagnetventile in einer Fläche des Gehäuses 11 ohne Überstand aufnehmen. Hierdurch ergibt sich ein besonders kompaktes Bremsgerät, dessen blockförmiges Gehäuse 11 aufgrund der geringen Bauhöhe des abgebildeten Elektromagnetventils besonders klein baut. Das abgebildeten Elektromagnetventil erfüllt hierbei je nach elektromagnetischer Betätigung eine Druckregelfunktion, um den Bremsdruckaufbau und den Bremsdruckabbau in den Radbremsen im Schlupfregelfall feinfühlig mittels einer geeigneten Steuerelektronik zu gewährleisten, die bevorzugt flächig und damit äußerst kompakt auf der Oberseite der Elektromagnetventile am Gehäuse 11 anzuordnen ist.
Zusammenfassend ergibt sich durch die vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Merkmale ein besonders kurz bauendes Elektromagnetventil mit einer gegenüber den bisher bekannten Ventilen proportionalisierten Magnetkraft. Da sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Elektromagnetventil vollständig im Gehäuse 11 versenken lässt, ergibt sich 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 21 der Magnetspule 1 verbunden ist. Hierdurch ergibt sich eine gute Wärmeableitung für die Steuerelektronik, da das Gehäuse 11 bevorzugt aus einer Leichtmetalllegierung gefertigt ist und als Wärmesenke wirkt.
Bezugszeichenliste

1: Magnetspule
2: Arbeitsluftspalt
3: Magnetanker
4: Magnetfeldlinie
5: Magnetkern
6: Arbeitsluftspalt
7: Gehäuseteil
8: Ventilsitz
9: Druckmittelkanal
10: Druckmittelkanal
11: Gehäuse
12: Ausnehmung
13: Durchgang
14: Ventilschließglied
15: Ringöffnung
16: Ventilaufnahmebohrung
17: Ausnehmung
18: Schweißnaht
19: Fortsatz
20: Feder
21: Kontakt
22: Magnetschlussscheibe
23: Anfasung
24: Ring

Claims

Elektromagnetventil, das in einer Ventilaufnahmebohrung eines mit mehreren Druckmittelkanälen versehenen Gehäuses einfügbar ist, mit einer Magnetspule zur Betätigung eines scheibenförmigen Magnetankers, der in einem Axialabstand zur Magnetspule zwischen einem die Magnetspule aufnehmenden Magnetkern und einem Gehäuseteil angeordnet ist, mit einem bei Erregung der Magnetspule überbrückbaren ersten Arbeitsluftspalt, der zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker vorgesehen ist, sowie mit einer Feder zur Positionierung eines mit dem Magnetanker verbundenen Ventilschließgliedes in seiner Grundstellung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der vom Magnetkern (5) abgewandten Seite des Magnetankers (3) und dem Gehäuseteil (7) ein weiterer Arbeitsluftspalt (6) vorgesehen ist, der bei Erregung der Magnetspule (1) vom Magnetfluss überbrückbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Arbeitsluftspalt (2, 6) vom Magnetfeld radial überbrückbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (3) durch den Magnetkern (5) radial geführt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur radialen Führung des Magnetankers (3) der Magnetkern (5) in Richtung des Magnetankers (3) wenigstens einen Fortsatz (19) aufweist, der sich in eine Ausnehmung (17) des Magnetankers (3) erstreckt, wobei zwischen der Ausnehmung (17) und dem Fortsatz (19) der erste Arbeitsluftspalt (2) angeordnet ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (7) als separat handhabbares und mit dem Magnetkern (5) fest verbundenes, nicht magnetisches Bauteil ausgeführt ist, das eine Proportionalkontur aufweist, wozu die Wandstärke des Gehäuseteils (7) im Bereich des zweiten Arbeitsluftspalts (6) eine Anfasung (23) aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (20) zwischen dem Magnetanker (3) und dem Gehäuseteil (7) angeordnet ist, die den elektromagnetisch nicht erregten Magnetanker (3) in der das Ventilschließglied (14) von seinem Ventilsitz (8) abgehoben Stellung hält.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (8) im Gehäuseteil (7) integriert ist, der aus einem austenitischem Werkstoff besteht.
Elektromagnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (7) durch Tiefziehen von Dünnblech zu einem Gehäusetopf ausgeformt ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (5) in Patronenbauweise ausgeführt ist, in dessen Ringöffnung (15) die Magnetspule (1) integriert ist, wobei am Boden der Ringöffnung (15) eine Magnetkreisunterbrechung in Form einer umlaufenden Ringnut ausgebildet ist, die einen austenitischen Ring (24) aufnimmt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (24) in der Ringnut eingeschweißt ist, wobei die in Richtung der Magnetspule (1) den Boden der Ringöffnung (15) durchdringende Schweißnaht (18) aus einem Schweißgut geringer magnetischer Leitfähigkeit besteht, die kreisförmig am Boden umläuft.