DE3779657T2 - Magnetventil. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft Magnetventile im allgemeinen und insbesondere Anker für Hochgeschwindigkeits-Elektromagnete, wie sie in adaptiven Bremssystemen anzutreffen sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Adaptive Bremssysteme erfordern für ihre Wirksamkeit sehr kurze Ansprechzeiten der verschiedenen elektromechanischen Teile. Eines der vielen Bauelemente des Systems sind magnetbetätigte Ventile und Pumpen.
• Das US-Patent 3 690 736 offenbart, in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Magnetventil, das den Hauptzylinder eines Kraftfahrzeug-Bremssystems steuert. Das System befaßt sich nicht mit der Schnelligkeit von Druckänderungen im System, sondern sorgt nur für eine Vergrößerung und Verkleinerung des im System zur Verfügung stehenden Volumens zum Ändern des Bremsdrucks und somit der vom System ausgeübte Bremskraft. Die Oberflächenadhäsion zwischen dem Anker und dem strömungsmittelübertragenden Abschnitt ist nicht von Interesse. Um die rasche Bewegung des Ankers zu unterstützen, wird eine Membranfeder mit einer negativen Federkonstanten durch die Bewegung des Ankers ausgelenkt. Sobald der Anker sich jedoch bewegt hat, ist keine Strömungsmittel-Oberflä-chenadhäsion mehr vorhanden.
• Das französische Patent A-2 104 283 beschreibt ein System mit einem zylindrischen Anker, der auf der zylindrischen Oberfläche eine Gleitschicht besitzt, um die Hin- und Herbewegung des Ankers zu erleichtern. Außerdem ist ein Spalt zwischen der Gleitschicht und der Bohrung des Ventilgehäuses vorgesehen. Um einen sehr kleinen Spalt zwischen dem Anker und dem den Ventilsitz enthaltenden Bauteil zu ermöglichen, ist der Anker mit Nuten versehen, die eine rasche Verdrängung des Mediums erlauben. Die Nuten ermöglichen es, daß das Medium in die Kammern innerhalb des Ventilgehäuses verdrängt wird, und sie verhindern, daß das Medium durch den Anker und um den Anker herum verdrängt wird. Dies erfordert eine größere Ankermasse und somit mehr Kraft, um den Anker zu bewegen, und das Zeiterfordernis für die Betätigung ist größer, als wenn der Anker eine kleinere Masse hätte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Um die schnellste Betätigungszeit des Magnetventils zu ermöglichen, sind die Vorteile der vorliegenden Erfindung erforderlich. Somit wird ein Magnetventil (10) mit einem ersten Gehäuseteil (16) beschrieben, das an einem Ende mit einem Einlaß (12) versehen ist. Ein zweites Gehäuseteil (38) ist an einem Ende zum Anschluß an das erste Gehäuseteil offen und besitzt einen Einsatz (40), der mit einem Basisabschnitt das andere Ende umschließt. Der Einsatz besitzt eine vom Basisabschnitt abgehende kreisförmige Rippe (44), die einen Ankerhohlraum (42) bildet. Eine Magnetspule (52) umgibt die Rippe.
• Ein Kugelventil (14) ist in dem ersten Gehäuseteil zwischen dem Einlaß und einem Plungerhohlraum (30) angeordnet. Ein Plunger (32) ist in dem Plungerhohlraum angeordnet und darin aus einer das Kugelventil öffnenden Stellung in eine andere Stellung bewegbar, in der das Kugelventil schliefen kann. Ein Anker (50) ist in dem Ankerhohlraum angeordnet und wird normalerweise in eine Stellung vorgespannt, in der er am Plunger anliegt und durch die Magnetspule (52) zum Ausführen einer Hin- und Herbewegung betätigbar ist, um den Plunger zum Öffnen des Kugelventils (14) hin- und herzubewegen.
• Das Magnetventil ist dadurch gekennzeichnet, daß der Anker mindestens einen Durchgangskanal (60), der axial von einem Ende angrenzend am Plunger zum anderen Ende verläuft, und mindestens eine Entlasungnut (62) besitzt, die an dem einen Ende angrenzend am Plunger vorgesehen ist und den Durchgangskanal schneidet, um den Durchtritt von Strömungsmittel zwischen dem Anker und dem ersten Gehäuseteil zu ermöglichen, wenn der Anker durch die Erregung der Magnetspule bewegt wird, um den Plunger zum Öffnen des Kugelventils zu bewegen. Die Oberflächenadhäsion, die durch das Zusammenpressen des Strömungsmittels zwischen dem Anker und dem Plunger und dem ersten Gehäuseteil hervorgerufen wird, wird durch das in den Nuten und den Durchgangskanälen strömenden Strömungsmittel aufgehoben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• In den Zeichnungen ist:
• Fig. 1 eine axiale Schnittansicht eines Magnetventils, in dein das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Ankers veranschaulicht ist;
• Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Plunger in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Ventils;
• Fig. 3 einen Seitenriß des Plungers der Fig. 2;
• Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 3;
• Fig. 5 eine Draufsicht auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Ankers;
• Fig. 6 eine Schnittansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels des Ankers entlang der Linie 6-6 in Fig. 5;
• Fig. 7 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel des Ankers.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
• Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Magnetventils 10, wie es in einem adaptiven Bremssystem verwendet werden kann. Insbesondere ist dieses Ventil ein Auf- oder Abbauventil. Seine Funktion besteht darin, Strömungsmittel mit hoher Geschwindigkeit den Radzylindern des Fahrzeuges während einer Antirutschphase zuzuführen oder aus ihnen abzuführen, um das Fahrzeug zu einem sicheren Halt oder unter Kontrolle zu bringen.
• Strömungsmittel gelangt in das Magnetventil 10 durch den Einlaß 12 am einen Ende durch ein Kugelventil 14, das in einem ersten Gehäuseteil 16 angeordnet ist. Das Kugelventil 14 weist eine Kugel 18, einen Kugelträger 20, einen Ventilsitz 22 und eine erste Feder 24 auf. Das Kugelventil 14 wird normalerweise durch die erste Feder 24, die zwischen den Einlaß des Magnetventils 10 und den Kugelträger 20 geschaltet ist, in einen Schließzustand vorgespannt. Unter dem Einfluß der ersten Feder 24 bewegt der Kugelträger 20 die Kugel 18 in Anlage mit dem Ventilsitz 22 des Kugelventils 14.
• Das Kugelventil 14 wirkt in der Weise, daß es die Strömung zwischen dem Einlaß 12 des Magnetventils 10 und einem Auslaß 26 sperrt. Wenn bei dem in Fig. 1 gezeigten speziellen Ausführungsbeispiel das Kugelventil 14 offen ist, gelangt das Strömungsmittel an dem Kugelventil 14 vorbei durch eine Öffnung 28 im Ventilsitz 22 in einen Plungerhohlraum 30. In dem Plungerhohlraum 30 befindet sich ein Plunger 32, wie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist. Der Plunger 32 besitzt einen Verlängerungsstift 34, der an der Kugel 18 anliegt und, wie noch gezeigt wird, die Kugel 18 vom Ventilsitz 22 abhebt, so daß Strömungsmittel an der Kugel 18 und dem Ventilsitz 22 vorbei in die Öffnung 28 strömen kann.
• Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Plunger 32 im wesentlichen dreieckförmig, wie in Fig. 4 dargestellt, so daß hierdurch Strömungsmittel von dem einen Ende mit dem Stift 34 zu dem anderen Ende strömen kann. Zwischen den Enden des Plungers 32 befindet sich ein modifizierter Abschnitt 36, der neben dem Auslaß 26 des Ventils 10 liegt. Dieser modifizierte Abschnitt 36 besitzt ein größeres Volumen, um Strömungsmittel aufnehmen zu können und dem auf jeder Seite strömenden Strömungsmittel zu ermöglichen, aus dem Auslaß 26 zu strömen.
• Mit dem ersten Gehäuseteil 16 ist an dem dem Einlaß 12 gegenüberliegende Ende ein zweites Gehäuseteil 38 verbunden. Das Gehäuseteil 38 besitzt einen Einsatz 40 mit einem Basisabschnitt und einem axial verlaufenden Ankerhohlraum 42, der von einer kreisförmigen Rippe 44 gebildet wird, einen O-Ring 46, der die Rippe 44 an dem dem Basisabschnitt gegenüberliegenden Ende umgibt, und einen Elektromagneten 48 mit einem Anker 50 und einer Magnetspule 52, die zu dem Einsatz 40 und dem zweiten Gehäuseteil 38 konzentrisch ist und den Ankerhohlraum 42 umgibt.
• Der Anker 50 des Elektromagneten 48 ist in dem Ankerhohlraum 42 des Einsatzes 40 angeordnet. Die Innenfläche 54 der kreisförmigen Rippe 44 dient als Führung für den Anker 50, während er sich hin- und herbewegt. Wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist, besitzt der Anker 50 eine zentrale Gegenbohrung 56, die vom einen Ende des Gehäuses abgeht und eine zweite Feder 58 enthält, die dazu dient, den Anker 50 vom Boden des Hohlraumes 42 am Basisabschnitt des Einsatzes 40 weg und in Anlage mit dem Plunger 32 vorzuspannen.
• Der Anker 50 ist ein zylindrisches Teil mit mindestens einem Durchgangskanal 60, der sich in axialer Richtung vom einen Ende zum anderen Ende des Ankers 50 erstreckt. Eine kreisförmige Entlastungsnut 62 ist in der Oberseite des Ankers vorgesehen und schneidet den Durchgangskanal. Bei dem bevorzugten Ausführungbeispiel sind, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, vier Durchgangskanäle 60 in Form von Schlitzen vorgesehen, die gleichmäßig und in Umfangsrichtung um die Außenseite des Ankers verteilt und parallel zur Achse angeordnet sind. Die kreisförmige Nut 62 schneidet alle vier Durchgangskanäle 60. Die Funktion der Durchgangskanäle 60 und der kreisförmigen Nut 62 besteht darin, die Betätigungs des Elektromagenten 48 zu beschleunigen. Wenn zwei nasse Flächen aneinander anliegen, ist eine Adhäsionskraft zwischen den beiden aneinander liegenden Flächen vorhanden. Die kreisförmige Nut 62 sorgt für eine Entlastung und verringert die Oberflächenadhäsion.
• Wenn die Magnetspule 52 erregt wird, bewegt sich der Anker 50 in Richtung auf das erste Gehäuseteil 16 und den Plunger 32. Der Plunger 32 wird gegen die Kugel 18 bewegt, wodurch das Ventil geöffnet wird. Die erste Feder 24, die an dem Kugelträger 20 anliegt, wird zusammengedrückt, und das Strömungsmittel strömt aus dem Einlaß 12 durch den Ventilsitz 22 entlang dem Plunger 32 zu dessen modifizierten Abschnitt 36 sowie aus dem Auslaß 26.
• Wenn die Magnetspule 52 entregt wird, verschiebt die erste Feder 24 entgegen dem Kugelträger 20 den Plunger 32 und den Anker 50, wodurch die zweite Feder 58 zusammengedrückt wird. Dies hat zur Folge, daß die Kugel 18 zum Ventilsitz 22 zurückkehrt, wodurch das Kugelventil 14 geschlossen wird.
• Fig. 7 ist eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel des Ankers 50, bei dem vier in Längsrichtung verlaufende Bohrungen 64 durch den Anker 50 vorgesehen sind. Auf der Oberseite des Ankers verbindet die kreisförmige Nut 62 sämtliche Bohrungen 64.
• Außerdem sind in Fig. 1 mehrere O-Ringe zum Abdichten verschiedener Räume gegen das Austreten von Strömungsmittel dargestellt.
• Viele Änderungen und Abwandlungen des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung sind natürlich möglich, ohne den Schutzbereich zu verlassen. Demgemäß soll der Schutzbereich allein durch die beigefügten Patentansprüche begrenzt werden.

Claims (7)

1. Magnetventil (10) mit einem ersten Gehäuseteil (16), das an einem Ende mit einem Einlaß (12) versehen ist;

einem zweiten Gehäuseteil (38), das an einem Ende zum Anschluß an das erste Gehäuseteil (16) offen ist und einen Einsatz (40) besitzt, der mit einem Basisabschnitt das andere Ende umschließt, wobei der Einsatz (40) eine vom Basisabschnitt abgehende kreisförmige Rippe (44) besitzt, die einen Ankerhohlraum (42) bildet;

einer Magnetspule (52), die die Rippe (44) umgibt;

einem Kugelventil (14), das in dem ersten Gehäuseteil (16) zwischen dem Einlaß (12) und einem Plungerhohlraum (30) angeordnet ist;

einem Plunger (32), der in dem Plungerhohlraum (30) angeordnet ist und darin aus einer das Kugelventil (14) öffnenden Stellung in eine andere Stellung bewegbar ist, in der das Kugelventil (14) schließen kann;

einem Anker (50), der in dem Ankerhohlraum (42) angeordnet und normalerweise in eine Stellung vorgespannt ist, in der er am Plunger (32) anliegt und durch die Magnetspule (52) zum Ausführen einer Hin- und Herbewegung in dem Ankerhohlraum (42) betätigbar ist, wodurch der Plunger (32) zum Öffnen des Kugelventils (14) bewegt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Anker (50) mindestens einen Durchgangskanal (60) besitzt, der axial vom einen Ende angrenzend am Plunger (32) zum anderen Ende verläuft;

mindestens eine Entlastungsnut (62), die an dem einen Ende angrenzend am Plunger (32) vorgesehen ist, den Durchgangskanal (60) schneidet, um den Durchtritt von Strömungsmittel zwischen dem Anker (50) und dem ersten Gehäuseteil (16) zu ermöglichen, wenn der Anker (50) durch die Erregung der Magnetspule bewegt wird, um den Plunger (32) zum Öffnen des Kugelventils (14) zu bewegen.

2. Magnetventil (10) nach Anspruch 1, bei dem der Anker (50) zylindrisch ist und der Durchgangskanal (60) entlang dessen Oberfläche vom einen Ende zum anderen Ende desselben verläuft.

3. Magnetventil (10) nach Anspruch 1, bei dem der Anker (50) zylindrisch ist und der Durchgangskanal (60) parallel zur Achse des Ankers (50) vom einen Ende zum anderen Ende desselben verläuft.

4. Magnetventil (10) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Entlastungsnut (62) in Form einer kreisförmigen Nut in dem mit dem Plunger (32) in Berührung stehenden einen Ende des Ankers (50) ausgebildet ist, wobei die Entlastungsnut (62) den Durchgangskanal (60) schneidet.

5. In einem adaptiven Bremssystem mit einem Magnetventil (10), das an einem Ende Strömungsmittel empfängt, eine Ventileinrichtung, die angrenzend an dem einen Ende angeordnet und in den Schließzustand vorgespannt ist, ein Plunger (32), der zum Öffnen der Ventileinrichtung hin- und herbewegbar betätigt wird, und ein Elektromagnet mit einem Anker (50), der normalerweise in Anlage mit dem Plunger (32) vorgespannt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Anker (50) an dem Ende (50) des Ankers, das mit dem Plunger in Anlage vorgespannt ist, mindestens eine zum Verringern der Adhäsion zwischen dem Anker (50) und dem Kolben dienende Entlastungsnut (62) sowie mindestens eine die Entlastungsnut (62) schneidende Öffnung (60) besitzt, wobei die Öffnung (60) axial verläuft, damit Strömungsmittel von seinem einen Ende zum anderen hindurchströmen kann, wenn der Anker durch die Erregung des Elektromagneten zum Öffnen der Ventileinrichtung bewegt wird.

6. In einem adaptiven Bremssystem mit einem Magnetventil (10) nach Anspruch 5, in dem die Entlastungsnut (62) die Form einer kreisförmigen Nut in dem Ende des Ankers (50) hat, die mit dem Plunger (32) in Anlage steht, wobei die Nut die Öffnung (60) schneidet.

7. In einem adaptiven Bremssystem mit einem Magnetventil (10) nach Anspruch 5, bei dem die Öffnung (60) die Form eines Schlitzes hat, der entlang dessen Oberfläche und parallel zur Achse des Ankers (50) verläuft.