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Title:
ELECTROMAGNETIC VALVE FOR HYDRAULIC BRAKE SYSTEMS WITH SLIP CONTROL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1992/004214
Kind Code:
A1
Abstract:
The valve disclosed has a magnetic armature (2) surrounded by a dome-shaped casing (14), the armature executing a reciprocating motion in response to the passage of current through a coil magnet (16) fitted round the casing (14), thus moving the valve needle (1), which forms part of the armature (2) and part of which is surrounded by a core magnet (13), so that the needle fits into the valve seat (3) which is fixed to the valve housing (15). The invention is based on the idea of superimposing a hydraulic control force on the electromagnetic control force, i.e. going beyond merely switching the valve needle (1) electromagnetically and providing a valve-opening function which is independent of system pressure, like that of a pressure-relief or pressure-limiting valve.

Inventors:
Burgdorf, Jochen (Neugasse 11, Offenbach, D-63075, DE)
Volz, Peter (In den Wingerten 14, Darmstadt, D-64291, DE)
Goossens, André F. L. (Slijkenhoefstraat 11, Rumst, B-2840, BE)
Application Number:
PCT/EP1991/001604
Publication Date:
March 19, 1992
Filing Date:
August 24, 1991
Export Citation:
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Assignee:
ALFRED TEVES GMBH (Guerickestrasse 7, Frankfurt am Main 90, D-6000, DE)
ALFRED TEVES METALLWARENFABRIK GMBH & CO OHG (Othestrasse 19, Bergneustadt, D-5275, DE)
Burgdorf, Jochen (Neugasse 11, Offenbach, D-63075, DE)
Volz, Peter (In den Wingerten 14, Darmstadt, D-64291, DE)
Goossens, André F. L. (Slijkenhoefstraat 11, Rumst, B-2840, BE)
International Classes:
B60T8/36; B60T8/48; B60T15/02; B60T15/36; F16K31/06; (IPC1-7): B60T8/36; F16K31/06
Foreign References:
DE3739915A11989-06-08
DE3810581A11989-10-12
US3818927A1974-06-25
EP0267162B11993-03-10
Attorney, Agent or Firm:
Portwich, Peter (Alfred Teves GmbH, Guerickestrasse 7, Frankfurt am Main 90, D-6000, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektromagnetventil für hydraulische Bremsanlagen mit Schlupfregelung, das einen von einem Ventildom umschlos¬ senen Magnetanker aufweist, der in Abhängigkeit einer strombeaufschlagbaren, am Ventildom angebrachten Magnet¬ spule eine Hubbewegung vollzieht, so daß eine am Magnet¬ anker angeformte und von einem Magnetkern teilumschlosse ne Ventilnadel mit einem in einem Ventilgehäuse befestig ten Ventilsitz zu korrespondieren vermag, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die in Abhängigkeit von der elektromagnetischen Stellkraft vollziehbare Hubbewe¬ gung der Ventilnadel (1) durch Einwirkung einer hydrauli schen Stellkraft veränderbar ist, um den zwischen einem ersten und mindestens einem zweiten Druckmittelkanal (11,12) anstehenden hydraulischen Druck zu regeln. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ventilnadel (1) re¬ lativ zum Magnetanker (2) verschiebbar geführt ist, um den am Ventilsitz (3) anstehenden hydraulischen Druck un abhängig von der elektromagnetisch erregten Stellbewegun des Magnetankers (2) zu steuern (Figur 1). Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Magnetanker (2) von einer abgestuften Öffnung (4) koaxial durchdrungen ist (Figur 1) .
2. 4 Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß in die Öffnung (4) ein an einer Stirnfläche der Ventilnadel (1) abgestützt gehaltenes Federelement (5) eingefügt ist (Figur 1) .
3. 5 Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Stirnfläche der Ven tilnadel (1) mit einem am Absatz der Öffnung (4) anlegba ren Anschlag (6) versehen ist (Figur 1).
4. 6 Elektromagnetventil nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Anschlag (6) aus ei¬ ner flachen Anschlagscheibe gebildet ist, die zur Führung des Federelementes (5) mittig einen Zapfen aufweist (Figur 1) .
5. 7 Elektromagnetventil nach mindestens einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß in der Öffnung (4) des Magnetankers (2) auf der dem Anschlag (6) gegenüberliegenden Seite ein das Federele¬ ment (5) beaufschlagendes Druckstück (7) angeordnet ist (Figur 1) .
6. 8 Elektromagnetventil nach Anspruch 7, oder einem der vor¬ hergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Druckstück (7) in der Öffnung (4) des Magnetankers (2) axial verstellbar ist (Figur 1).
7. 9 Elektromagnetventil nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Druckstück (7) zwecks Aufnahme einer Drosselbohrung (9) vorzugsweise als Hohlzylinder ausgebildet ist (Figur 1).
8. 10 Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß im Be¬ reich des die Ventilnadel (1) aufnehmenden Ventilsitzes (3) ein die Ventilnadel (1) aufnehmendes Führungselement (8) angeordnet ist (Figur 1,2).
9. 11 Elektromagnetventil nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Führungselement (8) eine konvergent, sowie divergent gestaltete rotationssy metrische Körperform aufweist, in dessen engsten Öff¬ nungsquerschnitt die Ventilnadel (1) in radialer Richtun geführt ist (Figur 1).
10. 12 Elektromagnetventil nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß in der dem Ventilsitz (3) zugewandten Mantelfläche des Führungselementes (8) zumindest ein Druckmitteldurchlaß (10) vorgesehen ist, der in der Offenstellung der Ventilnadel (1) eine hydrau lische Verbindung zwischen einem ersten und einem zweite Druckmittelkanal (11,12) herstellt (Figur 1,2).
11. 13 Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß an der Ventilnadel (1) ein Stellglied (20) geführt ist, das in einer ersten Schaltstellung mit seinem ersten Abschnitt (21) am ven tilsitzseitig fixierten Führungselement (8) grundpositio niert ist, während in einer zweiten SchaltStellung ein zweiter Abschnitt (22) des Stellgliedes (20) am Magnetan ker (2) anlegbar ist (Figur 2) .
12. 14 Elektromagnetventil nach Anspruch.13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der erste Abschnitt (21 aus einer die Ventilnadel (1) umgreifenden Führungshülse gebildet ist, an der ein am Ventilgehäuse (15) abgestütz tes Federelement (5) gehalten ist (Figur 2).
13. 15 Elektromagnetventil nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite Abschnitt (22) im wesentlichen aus einem hohlzylinderförmigen An¬ schlagteil gebildet ist, das in seiner Öffnung die dem Magnetanker (2) kontaktierende Rückstellfeder (19) auf¬ nimmt ( igur 2) .
14. 16 Elektromagnetventil nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt (21,22) ein aus einer Ringfläche (23) gebildeter Übergangsbereich vorgesehen ist, der entgegen¬ gesetzt zur Ventilschließrichtung vom hydraulischen Druck beaufschlagbar ist (Figur 2).
Description:
Elektromagnetventil für hydraulische Bremsanlagen mit Schlupfregelung

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil für hydrauli sche Bremsanlagen mit Schlupfregelung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei den bisher verwendeten Elektromagnetventilen für hydrau lische Bremsanlagen mit Schlupfregelung, z.B. DE-OS 37 39 915, sind spezielle, baulich von den ASR-Einlaßmagnetventi- len getrennte Druckbegrenzungsventile vorgesehen, um über die schaltungstechnische Verknüpfung den Pumpendruck bei ASR-Betrieb auf einen festgelegten Maximalwert zu begrenzen. Während der Antriebsschlupfregelung werden die dem Hauptzy¬ linder nachgeschalteten, als Trennventile ausgeführten ASR-Elektromagnetventile gesperrt, so daß beim Einsetzen der Hilfsdruckpumpen zum Zwecke der Antriebsschlupfregelung le¬ diglich die Bremsen der angetriebenen Räder unter den von den Druckbegrenzungsventilen überwachten Systemdruck gesetzt werden, wobei ein Zurückströmen von Druckmittel über die Druckbegrenzungsventile in den Hauptzylinder nur durch das Überschreiten des zulässigen ASR-Systemdrucks ermöglicht wird.

Als nachteilig erweist sich bei diesen bekannten Bremsanla¬ gen das Erfordernis von separat in den Hydraulikkreislauf eingefügten Druckbegrenzungsventilen, wodurch ein erheb¬ licher Bedarf an Bauvolumen zwangsläufig zu einer kostenin¬ tensiven Bremsanlage führt.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Elek¬ tromagnetventil der eingangs genannten Gattung derart weiter zu entwickeln, daß unter Umgehung der vorgenannten Nachteile

durch die Integration der Druckbegrenzerfunktion ein funk¬ tionserweitertes, kompaktes, insbesondere Teile minimiertes Elektromagnetventil kostensparend realisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnende Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung basiert somit auf dem Grundgedanken, der elek tromagnetischen Stellkraft eine hydraulische Stellkraft zu überlagern, um über die elektromagnetische Schaltstellung der Ventilnadel hinaus, eine funktionsübergreifende, syste druckabhängige Ventilöffnerfunktion im Sinne eines Über¬ druckventils bzw. Druckbegrenzungsventils zu ermöglichen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß den Ansprüchen 2 bis sieht vor, den Magnetanker zur Aufnahme eines an der Ventil nadel sich abstützenden Federelementes mit einer abgestuf¬ ten, koaxialen Öffnung zu versehen, und die Ventilnadel re¬ lativ zum Magnetanker verschiebbar zu führen. Hierdurch ent steht eine bauraumoptimierte Anordnung der funktionsrelevan ten Teile innerhalb des Magnetankers, die erlaubt, den am Ventilschließglied anstehenden hydraulischen Druck unabhängig von der elektromagnetischen Stellbewegung der Ventilnadel zu steuern.

Zweckmäßigerweise ist gemäß Anspruch 5 und 6 die Ventilnade mit einem am Absatz der Öffnung anlegbaren Anschlag verse¬ hen, wobei der Anschlag vorzugsweise angepasst an die Geome trie der Magnetankeröffnung die Form einer Anschlagscheibe besitzt, die zur seitlich abstützenden Führung des Federele mentes mit einem mittig angeordneten Zapfen versehen ist.

Um das Federelement mit einer definierten Vorspannkraft auf den Anschlag der Ventilnadel einwirken zu lassen, wird in

der Ausgestaltung des Erfindungsgedankens gemäß Anspruch 7 und 8 vorgeschlagen, auf der dem Anschlag gegenüberliegend Seite in die Öffnung des Magnetankers ein axial verstellba res Druckstück einzufügen, um das Federelement auf die ge¬ wünschte Vorspannkraft einjustieren zu können.

Damit eine hinreichende hydraulische Dämpfung der im Magne anker verschieblich geführten Ventilnadel zustande kommt, ist unter Bezugnahme auf die Weiterbildung der Erfindung g mäß Anspruch 9, das Druckstück mit einer Drosselbohrung ve sehen. Folglich kann der im Ventildom anstehende hydrauli¬ sche Druck ergänzend zur Federvorspannkraft auf die Stirn¬ fläche des Ventilnadelanschlags wirken, womit eine am Ven¬ tilschließglied eingeleitete hydraulische Hubkraft zwangs¬ läufig zu einer Verdrängung des in der Öffnung des Magnetan kers anstehenden Druckmittelvolumens führen muß. Die Stei- figkeit der Feder, sowie die Dimensionierung der Drosselboh rung im Druckstück charakterisieren die Hubgeschwindigkeit der Ventilnadel während der Druckbegrenzungsfunktion.

Um einen radialen Versatz und damit eine unzureichende Ab¬ Stützung und Führung der Ventilnadel im Bereich des Ventil¬ sitzes zu vermeiden, ist unter Beachtung der weiteren Aus¬ bildung dieses Erfindungsgegenstandes gemäß Anspruch 10, ei die Ventilnadel aufnehmendes Führungselement vorgesehen, da möglichst nahe im Bereich des Ventilschließgliedes anzuord¬ nen ist.

Eine vorteilhafte bauliche Ausführungsform des Führungsele¬ mentes ist durch die Merkmale des Anspruchs 11 charakteri¬ siert, wonach eine ausgesprochen gute radiale Abstützung de Ventilnadel im Führungselement durch eine konvergent, sowie divergent verlaufende Körperkontur zustande kommt.

Um während der Offenstellung der Ventilnadel einen ungehin¬ derten Durchlaß von Druckmittel zwischen den beiden Druck¬ mittelkanälen zu gewährleisten, sind in dem in Richtung des Ventilsitzes zugewandten erweiterten Teil des Führungsele¬ mentes mehrere über den Umfang verteilte Durchgangsbohrunge vorgesehen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gemäß Anspruch 13 durch die Anordnung eines axialbeweglich an der Ventilnadel geführten hydraulischen Stellgliedes ge¬ geben. Das Stellglied liegt zunächst in einer ersten Schalt stellung mit seinem ersten Abschnitt am Führungselement an, während in der vom hydraulischen Druck bestimmten zweiten Schaltstellung des Stellgliedes, dieses die Stirnfläche des Magnetankers berührt, um den Magnetanker bei entsprechend hohem hydraulischem Druck in Ventilöffnerrichtung zu bewe¬ gen. Folglich kann der tendenziell überhöhte hydraulische Druck über die am Magnetanker befestigte, vom Ventilsitz ab hebende Ventilnadel abgegeben werden.

Eine weitere Präzisierung zur gegenständlichen Ausbildung der Erfindung geht aus den Ansprüche 14 und 15 hervor, wo¬ nach die Grundstellung des Stellgliedes durch ein zwischen dem Ventilgehäuse und dem ersten Abschnitt wirksames Feder¬ element definiert ist, während die zwischen dem zweiten Ab¬ schnitt und dem Magnetanker eingespannte Rückstellfeder für die Einhaltung des erforderlichen Luftspaltes zwischen dem Magnetanker und dem Stellglied sorgt.

Um auf Grund des hydraulischen Drucks eine Stellkraft auf die Ventilnadel einwirken zu lassen, . wird auf das vorteil¬ hafte Merkmal des Anspruchs 16 verwiesen, wonach der Über¬ gangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt

als druckbeaufschlagte Stirnfläche ausgebildet ist, die bei Überschreiten des zulässigen Systemdruckes die gegen den Magnetanker gerichtete Hubbewegung auslöst.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkei¬ ten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfol genden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bild¬ lich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebig sinn¬ voller Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unab¬ hängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder de¬ ren Rückbeziehung.

Die Figur 1 zeigt im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel zu baulichen Gestaltung eines Elektromagnetventils mit den Merkmalen der Erfindung.

Der Magnetkern 13 ist mit dem relativ dünnwandig gepreßten Ventildom 14 im Ventilgehäuse 15 verstemmt gehalten, wobei die über dem Ventildom 14 gestülpte Magnetspule 16 mittels einem am Spulengehäuse 17 und am Ventildom 14 anliegenden Klemmring 18 befestigt ist. In der Darstellung nach Figur 1 befindet sich die Ventilnadel 1 in der elektromagnetisch nicht erregten, auf Druckmitteldurchlaß geschalteten Grund¬ stellung, so daß über den Ringspalt zwischen dem Ventilsitz 3 und der Ventilnadel 1 eine offene Druckmittelverbindung zwischen dem ersten und zweiten Druckmittelkanal 10,12 und damit auch zu dem in der Abbildung nicht näher dargestellte Verbraucher besteht. Lediglich die zwischen dem Magnetkern 13 und dem Magnetanker 2 eingespannte Rückstellfeder 19 sorgt für das Abheben der Ventilnadel 1 vom Ventilsitz 3 in der elektromagnetisch nicht erregten Grundstellung. Ein zweites, in der koaxialen Öffnung 4 des Magnetankers 2 ange-

ordnetes Federelement 5, hält abgestützt an einem ortsfeste Druckstück 7 die Ventilnadel 1 in der abbildungsgemäßen Grundstellung.

Funktionsweise

Durch die bei Strombeaufschlagung der Magnetspule 16 hervor gerufenen Stellkraft schließt die Ventilnadel 1 den Ventil¬ sitz 3, so daß die hydraulische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Druckmittelkanal 11,12 unterbrochen wird. Sobald der im ersten Druckmittelkanal 11 auf die Ven¬ tilnadel 1 einwirkende Druck die Vorspannkraft des im Magnetanker 2 voreingestellten Federelementes 5 überschrei¬ tet, vollzieht die Ventilnadel 1 in Abhängigkeit der Stei- figkeit des Federelementes 5 und der durch die Drosselboh¬ rung 9 im Druckstück 7 voreingestellten hydraulischen Dämp¬ fung eine Hubbewegung. Unter Bezugnahme auf die bei hydrau¬ lischen Bremsanlagen mit Antriebsschlupfregelung gebräuch¬ liche Bremsdruckregulierung der motorangetriebenen und dami antriebsschlupfgefährdeten Fahrzeugräder kann ein im ersten Druckmittelkanal 11 unzulässig hoher Systemdruck die Ventil nadel 1 öffnen, obwohl gleichzeitig das Magnetventil in der Funktions eines ASR-Trennventils elektromagnetisch die Druckmittelverbindung zum zweiten Druckmittelkanal 12 und damit auch in Richtung des in der Abbildung nicht darge¬ stellten Hauptzylinders unterbricht. Der im ersten Druckmit telkanal 11 überhöht anstehende Bremsdruck gelangt somit un gehindert über den geöffneten Ventilsitz 3 in das die Ven¬ tilnadel 1 eng umschließende Führungselement 8, so daß über dessen radiale Druckmitteldurchlässe 10 der Bremsdruck un¬ gehindert in Richtung des zweiten Druckmittelkanals 12 abge baut werden kann. Die gemäß Figur 1 offenbarte bauliche Aus gestaltung des Führungselementes 8 mit konvergent, sowie

divergent verlaufender Körperkontur veranschaulicht eine zweckmäßige Ausführungsform. Ebenso ist es möglich, daß al separat in der Öffnung des Ventilgehäuses 15 eingesetzte Führungselement 8 baulich mit dem im Ventilgehäuse 15 ver¬ stemmten Ventilsitz 3 zu vereinigen.

Figur 2 zeigt im Gegensatz zu den baulichen Ausführungsmer malen von Figur 1 eine weitere Möglichkeit zur Integration der Überdruckventilfunktion innerhalb des Elektromagnetven- tiles. Hierzu ist vorgesehen, durch das Einfügen eines hy¬ draulischen Stellgliedes 20 der elektromagnetisch hervorge¬ rufenen Stellbewegung des Magnetankers 2 entgegenzuwirken. Die hierzu zwischen dem zweiten Abschnitt 22 des Stellglie¬ des 20 und der Stirnfläche des Magnetankers 2 eingespannte Rückstellfeder 19 bestimmt auf bereits bekannte Weise den Luftspalt und das Schaltverhalten des Magnetankers 2. Eine zwischen dem ersten Abschnitt 21 des Stellgliedes 20 und de ventilgehäuseseitig verankerten Anschlagscheibe 24 einge¬ spanntes Federelement 5 reguliert in Abhängigkeit der druck beaufschlagten Ringfläche 23 den Öffnungsdruck im Sinne ei¬ ner Hubbewegung der Ventilnadel 1. Als herstellungstechnisc vorteilhaft erweist sich dabei, daß die Anschlagscheibe 24 lediglich zwischen den im Ventilgehäuse 15 eingestemmten Magnetkern 13 eingelegt werden muß.

Funktionsweise:

Die durch die elektromagnetische Erregung der Magnetspule 1 vollzogene Schließbewegung des in der Grundstellung auf un¬ gehinderten Durchlaß geschalteten Ventilnadel 1, führt in¬ folge der Hubbewegung des Magnetankers 2 zu einer Kontaktie rung des in der Abbildung in Ruhestellung befindlichen Stellgliedes 20. Der Luftspalt zwischen dem Magnetanker 2

und dem Stellglied 20 ist folglich überbrückt, so daß in Ab hängigkeit des hydraulischen Druckes im zweiten Druckmittel kanal 12 eine von der Federrate des Federelementes 5 und de Ringfläche 23 bestimmte hydraulische Stellkraft entgegenge¬ setzt zur Magnetkraft wirksam werden kann, um die Ventilna¬ del 1 zur Freigabe des Ventilsitzes 3 zu bewegen.

Damit ist auf verhältnismäßig einfache Weise ein bauteil¬ optimiertes Elektromagnetventil mit Überdruckventilfunktion geschaffen, dessen Ventilsitz sowohl die Magnetventil¬ funktion wie auch die Überdruckventilfunktion uneinge¬ schränkt übernimmt, womit eine erhebliche Reduzierung der erforderlichen Bauteile und somit des Bauraumes zur Ver- billigung des funktionerweiterten Elektromagnetventils führt.

Durch die bauliche wie auch funktioneile Integration eines Überdruckventils innerhalb eines elektromagnetisch gesteuer ten Zweistellungsventils ist durch die Reduzierung der an¬ sonsten erforderlichen Bauteile ein funktionserweitertes Schaltventil verwirklicht.

Das Ausführungsbeispiel verdeutlicht den prinzipiellen Er¬ findungsgedanken. Andere, baulich analoge Ausführungsvarian ten der Erfindung sind denkbar, ohne einen Anspruch auf de¬ taillierte Darstellung erheben zu können. Die Erfindung ist in ihrem Wesen übertragbar auf alle elektromagnetisch zu steuernde Druckmedien, die bei kleinstem Bauaufwand einer Systemdruckregelung bedürfen.

Bezugszeichenliste .

1 Ventilnadel

2 Magnetanker

3 Ventilsitz Öffnung Federelement Anschlag Druckstück Führungselement Drosselbohrung 0 Druckmitteldurchlaß 1 erster Druckmittelkanal 2 zweiter Druckmittelkanal 3 Magnetkern 4 Ventildom 5 Ventilgehäuse 6 Magnetspule 7 Spulengehäuse 8 Klemmring 9 Rückstellfeder 0 Stellglied 1 erster Abschnitt 2 zweiter Abschnitt 3 Ringfläche 4 Anschlagscheibe