(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁操作式の弁（１０）であって、
−圧力媒体入口（２６）と圧力媒体出口（３３）との間に座弁（５３）を設けてあり、
−座弁（５３）が閉鎖部分（３７）及び中空円錐形の弁座（２８）を有しており、該弁座の中央に、圧力媒体入口（２６）と接続して弁座のシール直径（Ｄ２）に相応する直径（Ｄ１）の流入孔（２９）が開口しており、
−閉鎖部分（３７）が圧力媒体を剥離させるシャープエッジな移行部を以て押し棒（２０）の端面に形成されており、
−押し棒（２０）に、閉鎖方向で座弁（５３）に作用するマグネット可動子（１９）及び少なくとも間接的に開放方向で作用する戻しばね（２３）が係合しており、
−戻しばね（２３）によって閉鎖部分（３７）に作用する力（ＦＦ）が、弁開放行程（ｈ）の増大に伴って単調に降下する経過を有しており、
−弁（１０）の磁気回路は、マグネット可動子（１９）に作用せしめられて閉鎖部分（３７）に伝達される磁力（ＦＭ）が弁開放行程（ｈ）の増大に伴って単調に降下する経過を有するように構成されており、
−マグネット可動子（１９）が弁ドーム（１４）内に縦方向運動可能に配置されており、弁ドーム（１４）が弁ケーシング（１１）の押し棒（２０）を受容する縦孔（２２）及び弁室（３１）を介して圧力媒体出口（３３）に接続されており、
−押し棒（２０）が閉鎖部分（３７）から延びる縦孔（４２）を有しており、該縦孔内に、少なくとも間接的に弁ドーム（１４）の壁に支えられて長手方向運動可能なピン（４６）が圧密に受容されており、該ピンの横断面が流入孔（２９）の横断面に相応している形式のものにおいて、
−弁座（２８）の円錐角（α）が最大９０°であり、
−閉鎖部分（３７）が球台の形を有しており、
−磁力（ＦＭ）の弁開放行程にわたる経過の、弁開放行程の増大に伴って降下する特性線の傾斜が、ばね力（ＦＦ）の経過の、弁開放行程の増大に伴って降下する特性線の傾斜に比べて小さくなっていることを特徴とする電磁操作式の弁。
【請求項２】
閉鎖部分（３７）が、弁座（２８）のシール直径（Ｄ２）に相応する直径（Ｄ３）の押し棒区分（３８）に形成されている請求項１記載の弁。
【請求項３】
弁座（２８）が、弁座のシール直径（Ｄ２）の少なくとも二倍に相応する直径（Ｄ４）で終わっている請求項１記載の弁。
【請求項４】
押し棒区分（３８）が、押し棒（２０）の端面から弁座（２８）の少なくともシール直径（Ｄ２）に相応する長さ（Ｌ）を経て、弁座の円錐角に対応する円錐角の移行部区分（３９）に接続している請求項２記載の弁。
【請求項５】
押し棒（２０）が押しはめられたスリーブ（２１）を保持しており、スリーブが戻しばね（２３）のための支持面（２４）を有している請求項１記載の弁。
【発明の詳細な説明】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の電磁操作式の弁に関する。
スリップ制御可能な液力式のブレーキ装置に使用される弁は、電磁操作された閉鎖位置で液力的な極めて高い開放力にさらされる。従って、このような弁の磁気回路は弁閉鎖位置で、液力的な最大の開放力よりも大きな保持力をマグネット可動子に生ぜしめなければならない。このように構成されたマグネット回路は相応の組込スペースを必要として、弁の所要スペースの少ない密接な配置を不可能にする。
ドイツ連邦共和国特許公開第３１２６２４６Ａ１号公報により冒頭に述べた形式の弁が公知であり、この場合、押し棒に有効な圧力バランスによって保持力を減少させるために、比較的短いピンが、マグネット可動子を通して案内されてマグネット可動子と形状接続的に結合された押し棒の、弁ドーム側の端部区分の縦孔内に運動可能に配置されている。流入側の圧力によってピンに作用する力が弁ドームを介して弁ケーシングに導かれる。このような処置によって、マグネット回路を小さい寸法にできる。公知の弁は機能的には２／２・方向制御弁であり、該方向制御弁はもっぱら２つの切換位置を有しており、切換位置で弁座の流過横断面が完全に開放されるか若しくは完全に閉鎖される。このことは弁の使用を制限する。さらに欠点として著しい切換騒音が生じる。
発明の利点
前記公知技術に対して、請求項１に記載の特徴を有する本発明に基づく弁においては利点として、弁が比例弁に類似して磁力の制御によって小さい行程で任意に多くの中間位置へ移され、しかも比例弁の煩雑な構造が不要である。このような作用形式は、戻しばねの、押し棒に作用する力の経過が弁行程にわたって減少させられるのに対して、閉鎖部分に作用する液力が弁座のシール直径と流入孔との直径比並びに弁ドームへの力の伝達に基づきもっぱら低い影響しか有していないことによるものである。従って、本発明に基づく弁によってはほぼ連続的な流量制御が可能である。本発明に基づく弁は比例弁の代わりに多様に使用される。スリップ制御式のブレーキ装置において本発明に基づく弁を使用することによって、公知の弁よりも高い制御精度及び騒音の減少が達成される。
請求項２以下に記載の構成によって請求項１に記載の弁の有利な改善が可能である。
請求項２及び３に記載の有利な構成によって、閉鎖部分若しくは弁座からの圧力媒体噴流の規定された剥離が達成される。これによって不安定な流動力がほぼ避けられる。
請求項４に記載の本発明に基づく有利な構成においては利点として、閉鎖部分及び弁座から剥離した圧力媒体噴流はもはや押し棒にぶつかることがない。これによって流動力による不都合な影響が排除される。
請求項５に記載の本発明に基づく有利な構成に基づき簡単に、例えば座弁の閉鎖位置での戻しばねのばね力を押し棒に対するスリーブの位置の調節によって調整することができる。
本発明の実施例を図面に簡単に示して、以下に詳細に説明する。図１は電磁操作可能な弁の縦断面図、図２は図１の弁の符号IIの箇所の、座弁の閉鎖位置での拡大図、及び図３は弁開放行程にわたって座弁に作用する力のダイヤグラムである。
実施例の説明
図１に示す電磁操作式の弁１０は弁ケーシング１１を介して弁ブロック１２内に受容されている。弁ブロック１２の外側で弁ケーシング１１は磁極コア１３に続いている。磁極コア１３に、スリーブ状の弁ドーム（Ventildom）１４が圧密に取り付けられている。弁ドーム並びに磁極コア１３にリング状のマグネットコイル１６を差しはめてあり、マグネットコイルが磁束案内のケーシング１５によって取り囲まれている。
弁ドーム１４内に縦方向運動可能なマグネット可動子１９が配置されている。マグネット可動子は押し棒２０に係合しており、押し棒がスリーブ２１内に押し込まれている。押し棒２０及びスリーブ２１は磁極コア１３及び弁ケーシング１１の縦孔２２内に縦方向運動可能に受容されている。戻しばね２３がスリーブ２１の、可動子と逆の側の端面の支持面２４に係合している（図２）。
戻しばね２３は、弁ケーシング１１内に押し込まれて縦孔の形成された弁本体２５に支えられている。弁本体は弁１０の圧力媒体入口２６に接続されており、圧力媒体入口は弁ブロック１２の管路孔２７と連通している。
弁本体２５は押し棒側に中空円錐形（hohlkegelfoermig）の弁座２８を有しており、弁座は最大９０°の円錐角αを成している（図２）。弁座２８の中央に、直径Ｄ１の流入孔２９を開口させてあり、流入孔は圧力媒体入口２６に接続している。弁座２８は半径方向外側で支持面３０にシャープエッジ（scharfkantig）を成して終わっており、該支持面は弁本体２５を弁室３１に対して制限していて、弁本体２５、弁座２８、押し棒２０、スリーブ２１，並びにマグネット可動子１９を通る１つの軸線に対して直角に延びている。弁室３１は横孔３２と接続しており、横孔は弁１０の圧力媒体出口３３を形成していて、弁ブロック１２の管路孔３４と連通している。縦孔２２及び弁ドーム１４は弁室３１に接続されて、圧力媒体を案内するようになっている。従って、マグネット可動子１９、押し棒２０及びスリーブ２１は周囲を圧力媒体によって洗われるようになっている。
弁座２８は球台（Kugelschicht）の形の閉鎖部分３７と協働するようになっている。閉鎖部分３７は押し棒２０の直径の減少された円筒形の押し棒区分３８の端面に形成されている。弁座２８の円錐角αと閉鎖部分３７の半径Ｒは互いに合致されて、弁座のシール直径Ｄ２が流入孔２９の直径Ｄ１に相応しているか若しくはわずかに大きくなっている。これに対して押し棒区分３８の直径Ｄ３は弁座２８のシール直径Ｄ２に少なくともほぼ相応しており、即ち、押し棒区分３８はシール直径よりもわずかに大きくなっている。閉鎖部分３７から押し棒区分３８への移行部はシャープエッジ（scharfkantig）として構成されている。押し棒区分３８は閉鎖部分３７を含めて、少なくとも弁座２８のシール直径Ｄ２に相応する軸線方向の長さＬを有している。押し棒区分３８は、弁座２８の円錐角に相応する円錐角の移行区分３９を経て押し棒２０へ移行している。さらに図２から明らかなように、弁座２８の端面３０内の出口は、少なくとも弁座のシール直径Ｄ２の二倍に相当する直径Ｄ４を有している。
マグネット可動子１９、押し棒２０及び弁本体２５の共通の軸線に沿って、閉鎖部分３７から縦孔４２が押し棒を全長にわたって貫通している。縦孔４２は弁本体側にまず軸線方向で短い第１の孔区分４３を有しており、該孔区分の直径は弁本体２５の流入孔２９の直径Ｄ１と同じである（図２）。第１の孔区分４３はマグネット可動子１９に向かって縦孔４２の第２の区分４４へ移行している。該区分は、第１の孔区分４３に対して減少された直径Ｄ５を有している。区分４４に続いて縦孔４２は可動子側の第３の孔区分４５を有しており、該孔区分の直径Ｄ６（図１）は直径Ｄ５よりも大きいものの、流入孔２９の直径Ｄ１に対して小さいか若しくは同じである。孔区分４５内には第１のピン４６を縦方向運動可能に受容してある。第１のピン４６は一方で第２の孔区分４４の近傍まで延びていて、かつ他方でマグネット可動子１９に達している。孔区分４５及びピン４６の著しく小さい誤差及び高い表面品質（Oberflaechenguete）に基づき孔区分４５とピン４６との間には極めて小さな遊びしか生じていない。従って孔区分４５とピン４６との間の嵌合は漏れにくいもので、ほぼ圧密である。さらに、ピン４６は押し棒材料の熱膨張係数よりも高い熱膨張係数を有する材料から成っている。従って温度変化に際して前記孔区分とピンとの間の漏れはほぼ同じに保たれる。
押し棒２０の縦孔４２はマグネット可動子１９の同軸的に貫通する縦孔４９に続いている。縦孔４９内に第２のピン５０を受容してある。該ピンは図１に示してあるように、一方の端部で弁ドーム１４の端壁に支えられている。ピン５０は他方の端部で押し棒２０のピン４６に摩擦接続的（kraftschluessig）に係合している。第２のピン５０とマグネット可動子１９の縦孔４９との間の嵌合は、第１のピン４６と押し棒２０との間の遊びよりも大きな遊びを有していてよい。
実施例と異なって、マグネット可動子１９及び押し棒２０はもっぱら唯一のピンによって貫通されていてよい。
弁本体２５の弁座２８と押し棒２０の閉鎖部分３７とが座弁５３を形成しており、該座弁は戻しばね２３の作用に基づきマグネットコイル１６に電流の流れていない場合に流過位置を占めている。通電によって弁１０は座弁４１の閉鎖位置に切換可能である。従って、電磁操作式の弁１０は２ポート２位置方向制御弁（2/2-Wegeventil）の形の切換弁である。このような弁は自動車の液力式のブレーキ装置内に使用可能であって、ドイツ連邦共和国特許公開第４１１９６６２Ａ１号公報に回路図及び機能に関連して詳細に記載してある。このような使用において、弁１０の圧力媒体入口２６がブレーキ装置の圧力発生装置としての主ブレーキシリンダに接続されており、かつ圧力媒体出口３３が圧力アクチュエータ（Druckverbraucher）としての車輪ブレーキに接続されている。
従来の切換弁は本発明に基づく弁に対して例えば、弁座の円錐角αが９０°よりも大きく選ばれていて、閉鎖部分３７として直径の大きな球体を使用して、このような球体が押し棒２０への組込に際して容易に取り扱い可能であることによって異なっている。さらに、従来の座弁においては閉鎖部分３７の球面と押し棒２０との間の移行部がエッジなし（kantenfrei）に形成される。従来の弁のマグネット回路においては、磁力が閉鎖位置への移行に際して次第に急激に増大するようになっている。
これに対して本発明に基づく弁１０は次のように構成されている：
座弁５３の閉鎖位置では流入側の圧力Ｐ１がシール直径Ｄ２によって取り囲まれた作用面に作用しており、該シール面は押し棒区分３８の、閉鎖部分３７に所属する円形リング面Ｄ２−Ｄ１と押し棒２０内のピン４６の弁座側の端面とから成っている。圧力Ｐ１の、ピン４６に作用する力はマグネット可動子１９のピン５０を介して弁ドーム１４に導かれる。これに対して、前記円形リング面Ｄ２−Ｄ１に作用する圧力Ｐ１は押し棒２０に開放力を生ぜしめる。この開放力は円形リング面Ｄ２−Ｄ１の大きさの小さいことに基づき比較的小さい。下流側で弁室３１及び弁ドーム１４内に生じる圧力Ｐ２は、押し棒２０の可動子側の端面の円形リング面Ｄ２−Ｄ１に作用して、押し棒に閉鎖力を生ぜしめる。圧力Ｐ２は圧力Ｐ１よりも低くなっているので、両方の圧力から生じる液力Ｆｐが押し棒２０に開放方向で作用する。コイル圧縮ばねとして形成されて締め込まれた戻しばね２３も力ＦＦで開放方向に押し棒２０に作用している。
座弁５３を閉鎖位置から開放する際に、低い方の圧力レベル（Druckniveau）Ｐ２がわずかに流入孔２９の方向に移動する。しかしながら流入孔はほぼ弁座２８のシール直径Ｄ２に相応しており、かつ円形リング面Ｄ２−Ｄ１が半径方向でわずかな寸法しか有していないので、圧力Ｐ１によって押し棒区分３８の作用面に作用せしめられる開放力の著しい低下は生じない。Ｐ１とＰ２との間の一定な圧力差の条件下では、生じる液力Ｆｐは弁開放行程Ｈの増大に伴って降下する特性線の角度の小さな傾斜で単調（monoton）に減少する。前に述べたように、生じる液力Ｆｐは比較的低い値で増大するので、押し棒２０への力作用にとって戻しばねが重要である。戻しばね２３は比較的高いばね剛性を有しているので、ばね力ＦＦは弁開放行程Ｈの増大に伴って降下する特性線の角度の大きな傾斜で単調に減少する。このような状況は座弁５３の閉鎖に際しては相応に逆になる。
弁開放行程ＨにわたるＦｐ＋ＦＦが、図３のダイヤグラムに示してあり、この場合、横座標に行程Ｈがプロットしてあり、縦座標に力Ｆがプロットしてある。Ｆｐ＋ＦＦ、つまり合力（Summenkraft）の特性線は弁開放行程の増大に伴って降下する特性線の角度の比較的大きな傾斜を有している。このことはほぼ戻しばね２３の特性に関連していて、弁開放行程Ｈにわたる液力Ｆｐの変化にはわずかにしか影響されないので、弁１０の本発明に基づく機能にとってはばね力を極めて正確に設定する必要がある。このことは、押し棒区分３８を弁座２８に係合させた状態でスリーブ２１を押し棒２０に対して相対的に移動させて、座弁５３の零行程でばね力の必要な値を達成することによって行われる。この設定は、押し棒２０とスリーブ２１との間のプレス結合（Pressverbindung）に基づき永続的に保たれる。
座弁５３の前述の構成に基づき、ダイヤフラムに示した特性線Ｆｐ＋ＦＦは有害な影響（Stoereinfluss）を実質的に受けない。弁座２８の比較的小さい円錐角αに基づき、座弁２５内での圧力媒体噴流の転向が小さく保たれる。これによって、特に流過量の多い場合に生じるパルス力が減少される。弁特性と圧力媒体の圧力差及び温度との関係が小さい。さらに閉鎖部分３７と押し棒区分３８との間のシャープエッジの移行部によって、圧力媒体が常にそこで剥離して、従って閉鎖部分３７に一様な流動力を生ぜしめる。弁座２８が弁本体３０の端面３０にシャープエッジを成して終わっていることも、安定的な圧力媒体流のために寄与している。従って、戻しばね２３の巻条への圧力媒体流の作用がほぼ、不都合な影響を生ぜしめるようなことはない。さらに、移行区分３９の軸線方向での後退によって、押し棒２０への圧力媒体噴流のぶつかりが避けられる。
前述の液力Ｆｐ及びばね力ＦＦに対して、マグネットコイル１６の励磁によって形成されて座弁５３の閉鎖方向で作用する磁力ＦＭが対向している。磁力ＦＭは少なくとも、座弁５３を比較的小さな液力Ｆｐ及びこれに比べて大きなばね力ＦＦに抗して閉鎖位置へ移動させ、かつ閉鎖位置に保持する程度に大きくあらねばならない。図３のダイヤグラムに示す磁力ＦＭの特性線から明らかなように、当業者にとって慣用の、磁気回路に対する処置によって、所定の励磁電流Ｉ＝コンスタントの場合に、磁力ＦＭが弁開放行程Ｈにわたって、それも力特性線Ｆｐ＋ＦＦよりも値の小さなネガチブなリードで同じく単調に降下する経過を取るようにしてある。特性線ＦＭのフラットな傾斜（flache Neigung）は、特に弁１０の閉鎖位置でマグネット可動子１９と磁極コア１３との間に比較的大きな残留空隙が残されている場合には、例えばマグネット回路の相応の構成によって達成される。図示の磁力・特性線は所定の励磁電流Ｉ＝コンスタントにとって代表的なものである。励磁電流を変化させることによって、縦座標の方向でずらされた特性線が得られる。変化された励磁電流は電流制御、パルス振幅変調及び別の公知の方法で生ぜしめられ得る。
両方の特性線Ｆｐ＋ＦＦ，ＦＭはダイヤグラムでは、開放方向の液力Ｆｐ並びにばね力ＦＦと閉鎖方向の磁力ＦＭとの間にバランスが生じる点で交差している。この点は、座弁４１が行程ｈに際して安定的な位置を占める作業点ＡＰとして示される。電流制御によってダイヤグラムの二重矢印の方向でずらされた磁力・特性線は作業点を別の弁開放行程に調節する。従って、本発明に基づく弁１０は比例弁に類似して切換弁として電流に関連して可変の開放行程で無段階に制御可能である。このような制御は少なくとも小さい弁開放行程で行われる。
本発明に基づく弁１０は、自動車の液力式のブレーキ装置内で、例えば制動スリップ制御若しくは駆動スリップ制御のために使用可能であり、若しくは液力式のサーボ圧力源を備えたブレーキ装置内で車輪ブレーキシリンダ内のブレーキ圧力の直接的な制御のために使用可能である。弁１０を用いて有利な形式で無断階の圧力及び容積流制御が、ブレーキ装置に対応するセンサ及び制御電子装置を装着してある場合に可能である。弁１０は、流れ制御によって応動圧力をコンスタントな値に若しくは使用例に関連した変化可能な値に調節することに基づき圧力制限弁としても使用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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