Hydraulikventil

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

Aus der DE 10 2006 001 924 Al ist bereits ein derartiges Hydraulikventil bekannt geworden, dessen Magnetspule als vollständig gekapselte Tauchspule ausgeführt ist, sodass infolge der vollständig geschlossenen Bauweise des Spulenträgers Lufteinschlüsse im Bereich der im Spulenträger integrierten Magnetspulenwicklung nicht ausgeschlossen werden können .

Infolge der Lufteinschlüsse ist daher bei einer hydraulischen Beaufschlagung des Spulenträgers eine Relativbewegung des Drahts der Magnetspulenwicklung nicht auszuschließen, wodurch es zu einem elektrischen Kurzschluss in der Magnetspule kommen kann.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hydraulikventil der angegebenen Art derart zu verbessern, dass der vorgenannte Nachteil vermieden wird.

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

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im Folgenden aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele hervor .

Es z e igen :

Figur 1 eine erste erfindungsrelevante Ausführungsform eines mit mehreren schlitzförmigen Druckausgleichsöffnungen versehenen Spulenträgers,

Figur 2 den in einem Hydraulikventil eingebauten Spulenträger nach Figur 1,

Figur 3 eine zu Fig. 1, 2 alternative Ausführungsform des Spulenträgers, der anstelle von schlitzförmigen Druckausgleichsöffnungen mit mehreren kreisrunden Löchern versehen ist.

Die Figur 1 zeigt eine erste erfindungsrelevante Ausführungsform eines mit mehreren schlitzförmigen Druckausgleichsöffnungen 28 versehenen Spulenträgers 27, sodass nach dem Anordnen einer Magnetspulenwicklung 1 auf dem Spulenträger 27 die Voraussetzung geschaffen ist, die Magnetspulenwicklung 1 unmittelbar hydraulisch beaufschlagen zu können. Die schlitzförmigen Druckausgleichsöffnungen 28 sind als vertikal verlaufende Schlitze gleichmäßig über den Umfang der Mantelfläche des Spulenträgers 27 verteilt.

Die Figur 2 zeigt den Spulenträger 27 nach Figur 1 um die Magnetspulenwicklung 1 ergänzt in einem Hydraulikventil eingebaut, das identisch mit dem Hydraulikventil nach Figur 3 ist .

Abweichend von Figur 1 sind in der Figur 3 anstelle der schlitzförmigen Druckausgleichsöffnungen mehrere kreisrunde Löcher im Spulenträger 27 gezeigt. Die Druckausgleichsöffnungen 28 sind als in der Vertikalen übereinander angeordnete Löcher gleichmäßig über den Umfang der Mantelfläche des Spulenträgers 27 verteilt, der mit der Magnetspulenwicklung 1 im fertig konfektionierten Einbauzustand innerhalb des Ge-

häuses 6 eines Hydraulikventils gezeigt ist.

In allen Ausführungsbeispielen sind entlang dem Umfang des Spulenträgers 27 eine möglichst große Anzahl von symmetrisch Druckausgleichsöffnungen 28 vorgesehen, über die eine hydraulisch druckausgeglichene Wirkung auf die Magnetspulenwicklung 1 erzielbar ist.

Unabhängig von den erfindungswesentlichen Besonderheiten weist ferner jeder abgebildete Spulenträger 27 die an sich bekannten zwei Endscheiben auf, zwischen denen der mit den Druckausgleichsöffnungen 28 versehene Zylinderabschnitt angeordnet ist.

Die mehrseitig offene Ausführung des Spulenträgers 27 hat den Vorteil, dass im Gegensatz zu einem geschlossenen Spulenträger 27 Lufteinschlüsse zwischen den Drahtwindungen der Magnetspulenwicklung 1 verhindert werden, sodass eine weitgehend gleichmäßige hydraulische Beaufschlagung der Drahtwindungen möglich ist, die insbesondere unter pulsationsför- miger hydraulischer Beaufschlagung, wie sie beim Einsatz in Hydraulikventilen für schlupfgeregelte Bremsanlagen auftreten, das Risiko einer unkontrollierten Bewegung der Drahtwindungen und damit das Risiko eines Windungskurzschlusses innerhalb der Magnetspulenwicklung 1 verringert.

Da erfindungsgemäß die Magnetspulenwicklung 1 im Spulenträger 27 jederzeit hydraulisch beaufschlagbar ist, weist die Magnetspulenwicklung 1 in allen dargestellten Ausführungsbeispielen einen besonders flüssigkeitsresistenten Isolierlack auf, sodass chemische Veränderungen ebenso wie ungleichförmige mechanische Beanspruchungen der Drahtisolierung ausgeschlossen sind. Nachfolgend wird ergänzend zu den bereits dargestellten Un-

terschieden zwischen den beiden Spulenträgern 27 nach Fig. 2, 3 nunmehr der weitere konstruktive Aufbau des in den Figuren 2 und 3 abgebildeten, jeweils baugleichen Hydraulikventils beschrieben.

Das in den Figuren 2, 3 im Längsschnitt abgebildete, als 2/2-Wege-Sitzventil ausgelegte Hydraulikventil weist ein in Patronenbauweise ausgeführtes Ventilgehäuse 6 auf, welches ein von einem Magnetanker 3 betätigbares Ventilschließglied 14 aufnimmt, das konzentrisch auf einen Ventilsitz 8 im Ventilgehäuse 6 gerichtet ist.

Zur Betätigung des Magnetankers 3 ist die Magnetspulenwicklung 1 mit dem Spulenträger 27 direkt im Ventilgehäuse 6 integriert, die beide in einem den Magnetfluss leitenden Abschnitt 5 des Ventilgehäuses 6 angeordnet und mit diesem Abschnitt 5 fest verbunden sind. Zwischen dem magnetischen Abschnitt 5 und einer Stirnfläche des Magnetankers 3 ist ein Axialspalt 2 vorgesehen, der ebenso wie ein zwischen einer Mantelfläche des Magnetankers 3 und dem Ventilgehäuse 6 vorgesehenen Radialspalt 4 während einer elektromagnetischen Erregung von Magnetfeldlinien überbrückt ist.

Ferner weist das Ventilgehäuse 6 einen den Magnetfluss leitenden weiteren Abschnitt 7 auf, der stirnseitig am magnetischen Abschnitt 5 flüssigkeitsdicht anliegt, wobei der weitere Abschnitt 7 im unteren Bereich den Ventilsitz 8 und ein paar Druckmittelkanäle 9, 10 aufnimmt.

Beide Abschnitte 5, 7 des Ventilgehäuses 6 sind als miteinander fest verbundene patronenförmige Gehäusehälften ausgeführt, in denen vorteilhaft die Magnetspule 1 nach dem Prinzip einer Tauchspule bauraumoptimiert und bezüglich dem Magnetfeld widerstandsarm integriert ist. Die Magnetspulenwick-

lung 1 ist daher über die Druckmittelkanäle 9, 10 der in das Ventilgehäuse 6 unter Druck ein- als auch ausströmenden Flüssigkeit ausgesetzt.

Zumindest einer der beiden patronenförmigen Abschnitte 5, 7 des Ventilgehäuses 6, die zum Einsatz in Hochdruckhydrauliksystemen dickwandig ausgeführt sind, weist zur Integration der aus Magnetspulenwicklung 1 und dem Spulenträger 27 gebildete Magnetspule eine an die Magnetspulenkontur angepass- te Ausnehmung 24 auf, in der die Magnetspule gut aufgenommen, sicher befestigt und im Bereich ihres Innenumfangs von der das Ventilgehäuse 6 durchströmenden Flüssigkeit direkt beaufschlagt ist, sofern infolge der Offenstellung des Ventilschließgliedes 14 eine entsprechende Druckzufuhr in das Ventilgehäuse 6 erfolgt. Der Magnetanker 3 taucht somit flüssigkeitsumspült abschnittsweise in die Magnetspule ein, die in der Ausnehmung 24 des Abschnitts 5 integriert ist.

Das in Form einer Patrone in einen Ventilblock 11 eingesetzte Ventilgehäuse 6 besteht somit lediglich aus zwei Patronenhälften, wobei die obere Gehäusehälfte durch den mit der Ausnehmung 24 versehene Abschnitt 5 und die untere Gehäusehälfte durch den weiteren Abschnitt 7 gebildet ist, der den Ventilsitz 8 trägt. Beide Abschnitte 5, 7 weisen in allen Ausführungsbeispielen aufeinander zugewandte, ringscheibenförmige Stirnflächen auf, die mittels einer umlaufenden Schweißnaht 21 flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind.

Die bisher aus dem Stand der Technik bekannte zusätzliche Anordnung, Befestigung sowie Abdichtung einer das Ventilgehäuse verschließenden Ventilhülse, auf der die Magnetspule bisher befestigt werden musste, entfällt somit gänzlich.

Zur elektrischen Energieversorgung der Magnetspule ist der

die Magnetspule 1 aufnehmende Abschnitt 5 mit einer zur Atmosphäre gerichteten Durchgangsöffnung 13 versehen, durch die ein mit der Magnetspulenwicklung 1 verbundener elektrischer Kontakt 23 gas- und flüssigkeitsdicht hindurchgeführt ist. Der stiftförmige Kontakt 23 ist eingespritzt im Kunststoff des Spulenträgers 27 gehalten.

Zwischen der Stirnfläche der Magnetspule und der Stirnfläche der Ausnehmung 24 ist eine Dichtscheibe 15 eingefügt, welche vorteilhaft den aus der Magnetspule 1 hervorstehenden elektrischen Kontakt 23 flüssigkeitsdicht in Richtung der Durchgangsöffnung 13 im Ventilgehäuse 6 umschließt.

Die Magnetspule ist entweder in der Ausnehmung 24 des Abschnitts 5 fixiert oder über die Kunststoffummantelung des Kontakts 23 in der Durchgangsöffnung 13 des Ventilgehäuses 6 kraft- oder formschlüssig befestigt.

Um die Magnetkraftwirkung am Magnetanker 3 möglichst effektiv zu gestalten und die Bauhöhe des Hydraulikventils möglichst gering zu halten, weist der Magnetanker 3 ein Höhen- /Breitenverhältnis auf, das vom Betrage her gleich oder kleiner Eins ist, so dass in der Praxis die Höhe des Magnetankers 3 zwangsläufig den Außendurchmesser des Magnetankers 3 nicht überschreitet.

Um für das Ventilgehäuse 6 eine möglichst kostengünstige Herstellung zu ermöglichen, ist der die Ausnehmung 24 aufweisende Abschnitt 5 als Kaltschlagteil ausgebildet, dessen Kontur sich automatengerecht durch Kaltschlagen eines den Magnetfluss leitenden Rohlings herstellen lässt, aus dem in einem einzigen Arbeitgang vorteilhaft die Außen- als auch die zur Aufnahme der Magnetspule 1 erforderliche Innenkontur geformt ist.

Auch der die Ventilsitzhülse 26 aufweisende weitere Abschnitt 7 des Ventilgehäuses 6 ist als Kaltschlagteil aus einem rohrförmigen Rohling hergestellt, dessen Außenkontur eine Gehäusestufe mit einer Ringnut 12 aufweist, in die zur Befestigung und Abdichtung des weiteren Abschnitts 7 im Ventilblock 11 das gegenüber dem Abschnitt 7 weichere Material des Ventilblocks 11 plastisch verdrängt ist.

Das den Magnetfluss leitende zweiteilige Ventilgehäuse 6 besteht somit in allen Ausführungsbeispielen aus einem bevorzugt durch Kaltschlagen oder Fließpressen von Stahl hergestellten Rohling, sodass auf die an sich bisher aus dem Stand der Technik bekannten unterschiedlichen spanabhebenden und tiefziehenden Fertigungsverfahren für die Einzelteile des Ventilgehäuses 6 verzichtet wird.

Ebenso lässt sich aufgrund des gewählten Aufbaus auch der Magnetanker 3 durch Fließpressen bzw. Kaltschlagen vereinfacht herstellen.

Die bisherig aus dem Stand der Technik bekannten Einzelkomponenten, wie beispielsweise der Magnetkern, die Magnetschlussscheibe und der die Magnetspule umschließende Jochring lassen sich somit nunmehr erheblich einfacher durch Kaltschlagen eines Rohlings (Ventilgehäuse 6) herstellen und bilden eine überwiegend homogene Einheit bei reduzierter Teileanzahl .

Ferner weist das abgebildete Hydraulikventil ein am unteren, zapfenförmig abgesetzten Ende des Abschnitts 7 angeordnetes Filterelement 24 auf, das als Ringfilterelement ausgeführt ist und Schmutzeintrag in den in der Regel kalibrierten Druckmittelkanal 9 verhindert. Zur Reduzierung der Ventilbauhöhe ist der Druckmittelkanal 9 unmittelbar parallel zum

Druckmittelkanal 10 in einen Zwischenboden oberhalb des zap- fenförmig abgestuften (weiteren) Abschnitts 7 eingelassen, der am unteren zapfenförmigen Ende im Durchmesser soweit verkleinert ist, dass er sich mit verhältnismäßig geringer Einpresskraft am Boden der Ventilaufnahmebohrung 22 in eine Kanalbohrung (Ventilanschluss 20) dichtend erstreckt.

Der Magnetkern ist für das in Grundstellung geschlossene Hydraulikventil im Abschnitt 5 durch einen mittig zur Ventillängsachse ausgeformten Zylindervorsprung 25 gebildet, in den aus der Richtung des Axialspalts 2 eine Sackbohrung 16 einmündet, die eine Druckfeder 17 aufnimmt, welche zwischen der Stirnfläche des Magnetankers 3 und dem Ende der Sackbohrung 16 eingespannt ist, wodurch in der Ventilgrundstellung der Magnetanker 3 mit dem Ventilschließglied 14 am Ventilsitz 8 anliegt.

Das in Grundstellung geschlossene Hydraulikventil weist ferner an der von der Druckfeder 17 abgewandten Stirnseite des Magnetankers 3 ein kugelförmiges Ventilschließglied 14 auf, das unter der Wirkung der Druckfeder 17 gegen den trichterförmigen Ventilsitz 8 gepresst ist. Das Ventilschließglied 14 ist mittels einer Kondensatorschweißung mittig versenkt in einer Sackbohrung 19 des Magnetankers 3 befestigt. Zur präzisen Zentrierung des Ventilschließgliedes 14 gegenüber dem Ventilsitz 8 erstreckt sich die Ventilsitzhülse 26 mit geringem Spiel in die Sackbohrung 19, sodass der Magnetanker 3 auf der Ventilsitzhülse 26 eine Innenzentrierung aufweist. Die Mantelfläche der Sackbohrung 19 weist eine Längsnut 18 auf, sodass in der elektromagnetisch geöffneten Ventilstellung eine im Querschnitt hinreichend große, widerstandsarme Hydraulikverbindung zwischen den beiden Ventilanschlüssen 20 im Ventilblock 11 gewährleistet ist.

Die gewünschte Dicht- als auch Befestigungswirkung des weiteren Abschnitts 7 in der Kanalbohrung (vertikaler Ventilan- schluss 20) wird durch die Ausführung des zapfenförmigen Rohrendes in Form einer Sägezahn- bzw. Tannenzapfenkontur begünstigt. Mehrere Rillen am zapfenförmigen Rohrende sind ebenso denkbar.

Das vorgestellte Hydraulikventil kommt bevorzugt in einem schlupfgeregelten Kfz-Bremssystem zur Anwendung, wozu der nur abschnittsweise abgebildete Ventilblock 11 eine Vielzahl von Ventilaufnahmebohrungen 22 aufweist, die in mehreren Reihen zur Aufnahme mehrerer Hydraulikventile in den Ventilblock 11 eingelassen sind. Hierdurch ergibt sich ein besonders kompaktes Bremsgerät, dessen Ventilblock 11 aufgrund der geringen Bauhöhe des abgebildeten Hydraulikventils besonders flach baut. Das abgebildete Hydraulikventil erfüllt hierbei die Funktion den Bremsdruckauf- und den Bremsdruckabbau in den Radbremsen im Schlupfregelfall mittels einer geeigneten Steuerelektronik gezielt zu beeinflussen, die bevorzugt unmittelbar flach und damit äußerst kompakt auf der Oberseite der Hydraulikventile anliegt.

Zusammenfassend ergibt sich durch die vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Merkmale ein besonders kurz bauendes Hydraulikventil mit einer hydraulisch hoch belastbaren Magnetspulenwicklung 1 in verschiedenen Ausführungsvarianten. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Hydraulikventil lässt sich bei Bedarf vollständig im Ventilblock 11 versenken, wobei durch die vollständige Integration der Magnetspule 1 im Ventilgehäuse 6 und infolge der weitgehenden Integrationsfähigkeit des Ventilgehäuses 6 im kanalführenden Ventilblock 11 eine hervorragende Wärmeableitung für den Magnetantrieb gewährleistet ist.

Die vollständige Integration des Hydraulikventils im block- förmigen Gehäuse 11 erleichtert nicht nur die Anordnung einer für die Aktivierung der Hydraulikventile erforderlichen Steuerelektronik, die bevorzugt unmittelbar auf der Oberfläche des Abschnitts 5 angeordnet ist, aus der die Kontakte 23 der Magnetspule 1 hervorstehen, sondern gewährleistet eine gute Wärmeableitung für die Steuerelektronik, da der Abschnitt 5 als auch der bevorzugt aus einer Leichtmetalllegierung gefertigt Ventilblock 11 als Wärmesenke bzw. groß dimensionierten Kühlfläche wirken.

Wie aus allen Abbildungen ersichtlich ist, sind alle zitierten Bauteile rotationssymmetrisch zur Ventillängsachse ausgerichtet, wodurch eine automatengerechte Herstellung und Montage der Bauteile begünstigt wird.

Bezugszeichenliste

1 Magnetspule

2 Axialspalt

3 Magnetanker

4 Radialspalt

5 Abschnitt

6 Ventilgehäuse

7 Abschnitt

8 Ventilsitz

9 Druckmittelkanal

10 Druckmittelkanal

11 Ventilblock

12 Ringnut

13 Durchgangsöffnung

14 Ventilschließglied

15 Dichtscheibe

16 Sackbohrung

17 Druckfeder

18 Längsnut

19 Sackbohrung

20 Ventilanschluss

21 Schweißnaht

22 Ventilaufnahmebohrung

23 Kontakt

24 Filterelement

25 Zylindervorsprung

26 Ventilsitzhülse

27 Spulenträger

28 Druckausgleichsöffnung